2.1 Photonen – Lichtteilchen Der lichtelektrische Effekt – Photoeffekt Im Jahr 1887 machte Heinrich Hertz eine zufällige Entdeckung: Ultraviolettes Licht (UV-Licht) verstärkt die Funkenbildung zwischen entgegengesetzt geladenen metallischen Elektroden. Spätere Experimente zeigten: Negativ geladene Metallplatten verlieren bei UV-Bestrahlung ihre Ladung, indem Elektronen durch kurzwelliges Licht aus dem Metall freigesetzt werden (100.2). Positiv geladene Metallplatten behalten ihre Ladung. Demoexperiment: Photoeffekt 100.1 E2 Eine Zink-Platte wird auf ein Elektroskop gesteckt und negativ geladen. In einem ersten Versuch wird die Platte mit Licht einer Quecksilberdampflampe bestrahlt. In einem zweiten Versuch wird mit einer Glasplatte der UV-Anteil des Lichts herausgefiltert. In einem dritten Versuch wird die Beleuchtungsstärke verändert (100.3). Ergebnis: Nur bei Beleuchtung mit UV-Licht nimmt der Ausschlag des Elektroskops ab und zeigt dadurch die Entladung der Zink-Platte. Dabei entlädt sich die Platte umso schneller, je stärker sie beleuchtet wird. Aufgabe: Protokolliert, wie die Dauer der Entladung von der Entfernung Lampe-Platte abhängt, und interpretiert diese Daten! Mit größerem experimentellem Aufwand lässt sich das Auslösen von Elektronen auch aus ungeladenen Metall- oder Halbleiteroberflächen nachweisen. Der lichtelektrische Effekt (Photoeffekt) Kurzwelliges Licht löst Elektronen aus Metalloberflächen. Mit der Wellentheorie des Lichts lässt sich der Photoeffekt nicht erklären. Die Wellentheorie sagt nämlich voraus: Bei Lichteinfall sollten Elektronen im Metall solange Energie aus der Strahlung aufnehmen, bis sie das Metall verlassen können. Dies sollte bei schwachem Licht länger dauern als bei starkem Licht. Man sollte auch erwarten, dass die Elektronen bei starkem Licht auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt werden als bei schwachem Licht. Im Gegensatz dazu zeigten die Experimente: − Die kinetische Energie der Elektronen ist unabhängig von der Lichtintensität. − Unterhalb einer materialabhängigen Frequenz werden keine Elektronen frei. − Die Zahl der ausgelösten Elektronen hängt von der Lichtintensität ab. 100.1 Solarzellen liefern die elektrische Energie für das Hubble-Teleskop und andere Satelliten. Doch verursacht die intensive Sonnenstrahlung außerhalb der Atmosphäre auch überraschende Probleme! Welche Probleme könnte die intensive Sonnenstrahlung außerhalb der Atmosphäre verursachen? 100.2 Photoeffekt: Kurzwelliges Licht löst Elektronen aus Metalloberflächen. kurzwelliges Licht 100.3 Photoeffekt: Eine negativ geladene Zinkplatte entlädt sich bei Beleuchtung mit UVLicht. Blockiert eine Glasplatte das UV-Licht, stoppt die Entladung. Das Elektroskop zeigt die Vorgänge an. Hg-Dampflampe Glasplatte Zinkplatte 100 Quantenphysik 2 Grundideen der Quantenphysik In diesem Kapitel erfährst du etwas über – Einsteins Lichtquantenhypothese, – Beugung von Licht und Elektronenstrahlen, – die Unmöglichkeit, Ort und Impuls gleichzeitig zu messen, – Zufall in der Physik. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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