Welle-Teilchen-Dualismus

In der Debatte, ob Licht entweder aus Teilchen oder aus Wellen besteht, wurde bald herausgefunden, dass auch für Elektronen ein Welle-Teilchen-Dualismus besteht. Hinweise für die Beschreibung von Licht als Welle waren zur Jahrhundertwende weit verbreitet. Als jedoch der Photoelektrische Effekt entdeckt wurde, gab es ebenso einen sicheren Beweis für die Teilchennatur des Lichts. Ebenso galt die Teilcheneigenschaft von Elektronen als bewiesen, bis die DeBroglie Hypothese und die Experimente von Davisson und Germer eine Wellennatur der Elektronen forderten.

DeBroglie Wellenlänge
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Der Photoelektrische Effekt


Die Details des Photoeffektes standen im direkten Wiederspruch zu den Erwartungen der gründlich entwickelten klassischen Physik..

Die Erklärung war einer der wichtigsten Schritte auf dem Weg in die Quantentheorie.

Die bemerkenswerten Aspekte des Photoeffekts bei der Entdeckung waren:

1. Die Elektronen wurden unverzüglich emittiert - ohne Zeitverzögerung!
2. Bei höherer Intensität des Lichtes vergrößerte sich die Anzahl der Photoelektronen, nicht aber ihre maximale kinetische Energie!
3. Rotes Licht verursacht keine Auslösung der Elektronen, egal bei welcher Intensität!
4. Schwaches violettes Licht löst nur wenige Elektronen aus, ihre maximale kinetische Energie ist jedoch größer als bei intensivem Licht mit größerer Wellenlänge!

Quantenerklärung

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Photoelektrischer Effekt


Experiment

Die Analyse der Daten des photoelektrischen Experiments zeigte, dass die Energie der ausgelösten Elektronen proportional zu der Frequenz des eingestrahlten Lichts ist. Das zeigte, dass was auch immer die Elektronen herauslöste, eine Energie proportional zur Lichtfrequenz haben musste. Die Bedeutende Tatsache, dass die Auslöseenergie unabhängig von der Gesamtenergie der Strahlung war, zeigte dass die Wechselwirkung wie mit einem Teilchen, das seine gesamte Energie auf einen Schlag abgibt, stattfinden muss! Dies passte gut zur Planck´schen Hypothese(aus Experimenten zur Schwarzkörperstrahlung) , wonach Licht nur in diskreten Energiepaketen existieren kann - mit der Energie:

E = hν

Veranschaulichung

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Welle-Teilchen-Dualismus: Licht

Besteht Licht aus Teilchen oder Wellen? Betrachtet man die verschiedenen Phänomene, die man mit Licht beobachtet, so gibt es einige gute Argumente für das Wellenbild:


Interferenz

Beugung

Polarisation

Zur Wende des 20. Jahrhunderts waren die meisten Physiker aufgrund der oberen Phänomene überzeugt, dass Licht ausschließlich als Welle beschrieben werden kann. Es gab keine Notwendigkeit eine Teilchennatur anzunehmen, aber die Geschichte nahm ihren Lauf.

PhänomenKann im Wellenbild erklärt werden.Kann im Teilchenbild erklärt werden.
Reflexion
Brechung
Interferenz
Beugung
Polarisation
Photoelektrischer Effekt

Die geläufigsten Erscheinungen mit Licht können mit Wellen erklärt werden. Der Photoelektrische Effekt jedoch legte die Teilchennatur des Lichts nahe. Dann wurde entdeckt, dass auch Elektronen eine dualistische Natur zeigen.

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Photoelektrischer Effekt

Die geläufigsten Erscheinungen mit Licht können mit Wellen erklärt werden. Der Photoelektrische Effekt jedoch legte die Teilchennatur des Lichts nahe.

Photoelektrischer EffektPhotonenenergieLichtspektrum
Tabelle der Austrittsarbeiten
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