Die ersten Photoeffekt-Messdaten

Elektronen, die von einer Natriummetalloberfläche ausgelöst wurden, konnten als elektrischen Strom gemessen werden. Die Gegenspannung, die benötigt wurde, um alle Elektronen abzubremsen, ergab die maximale kinetische Energie der Elektronen in Elektronenvolt.

Die kleinste Energie, die benötigt wird, um ein Elektron aus der Oberfläche auszulösen, wird Austrittsarbeit genannt. Der Grenzwert für dieses Element entspricht einer Wellenlänge von 683 nm. Mit der Planckbeziehung ergibt das die Photonenenergie von 1,82 eV.

Weitere Analyse

Liste mit Austrittsarbeiten
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Die ersten Photoeffekt-Messdaten

Die Planck-Hypothese

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Die Planck-Hypothese

Um die Frequenzverteilung der Strahlung eines Hohlraums (Schwarzkörperstrahlung) zu erklären, machte Planck die Annahme, dass die Strahlungsenergie nur in diskreten Quanten, proportional zur Frequenz, auftreten kann. Dies würde beinhalten, dass höhere Moden weniger oft auftauchen und somit die Ultraviolett-Katastrophe des Rayleigh-Jeans-Gesetzes vermieden wird.

Die Quantenidee wurde bald verwendet, um den Photoelektrischen Effekt, zu erklären und wurde Teil der Bohrschen Theorie der diskreten Atomspektren und wurde schnell zu einem Teil der Grundlagen der modernen Quantentheorie.

Berechnung

Wechselwirkung von Strahlung mit MaterieElektromagnetisches SpektrumGrundlegende Quantenprozesse

Gibt es eine Grenze für die Frequenz eines Photons?

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Photonenenergien für das EM-Spektrum


x 10^ eV
eV =MeV =GeV

Wellenlänge


x 10^m

= m
= nm
= Mikrometer

Frequenz


x 10^Hz

= kHz = MHz
= GHz
= 1/cm (Wellenzahl)

Planck Hypothese

Wechselwirkung von Strahlung mit Materie

Energien in Elektronenvolt

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Photonen: Die Quanten des Lichts

Gemäß der Planckhypothese tritt alle elektromagnetische Strahlung quantisiert und in endlichen "Paketen" auf, die wir Photonen nennen. Die Quantenenergie eines Photons ist nicht die Planck-Konstante h selber, sondern das Produkt aus h mit der Frequenz. Die Quantisierung beinhaltet, dass ein Photon blauen Lichts bei gegebener Frequenz oder Wellenlänge, immer dieselbe Quantenenergie hat. Zum Beispiel hat ein Photon von blauem Licht mit der Wellenlänge 450 nm immer 2,76 eV Energie. Es erscheint in quantisierten Portionen von 2,76 eV und es gibt keine halben Photonen von blauem Licht - es taucht nur in genau gleichgroßen Energieportionen auf.

Die zur Verfügung stehende Frequenz ist jedoch kontinuierlich und hat keine obere oder untere Begrenzung, so dass die mögliche Energie der Photonen nach oben und unten unbegrenzt ist. Zum oberen Ende gibt es jedoch praktische Limits, da es nur begrenzte Möglichkeiten gibt, hochenergetische Photonen zu erzeugen. Photonen mit niedriger Energie gibt es im Überfluss, aber unterhalb der Radiofrequenzen sind die Photonenenergien so klein im Vergleich zur thermischen Energie der Raumtemperatur, dass man sie nie als quantisierte Einheiten sehen kann - sie verschwinden im Untergrundrauschen. Eine andere Art auszudrücken, dass die unteren Frequenzen begrenzt sind, ist zu sagen, dass die Dinge in klassische Behandlung übergehen und dass eine quantentheoretische Behandlung nicht notwendig ist.


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