Sexl Physik 7, Schulbuch

| 42 42.1 Solarzellen liefern die elektrische Energie für das Hubble-Teleskop und andere Satelliten. Doch verursacht die intensive Sonnenstrah- lung außerhalb der Atmosphäre auch überra- schende Probleme – welche könnten es sein? kurzwelliges Licht 42.2 Photoeffekt: Kurzwelliges Licht löst Elektronen aus Metallen. Hg-Dampflampe Glasplatte Zinkplatte 42.3 Photoeffekt: Eine Zinkplatte wird ne- gativ geladen. Durch Beleuchten mit UV-Licht einer Quecksilberdampflampe entlädt sich die Platte, der Ausschlag des Elektroskops geht zurück. Wenn eine Glasplatte den UV-Anteil des Lichts filtert, entlädt sich das Elektroskop nicht. Der lichtelektrische Effekt (Photoeffekt) Im Jahr 1887 machte h einrich h ertz eine zufällige Entdeckung: Ultraviolettes Licht (UV-Licht) verstärkt die Funkenbildung zwischen entgegen gesetzt geladenen me- tallischen Elektroden. Spätere Experimente zeigten: Negativ geladene Metallplatten verlieren bei UV-Bestrahlung ihre negative La- dung, positiv geladene jedoch nicht. Die freigesetzten Ladungen sind Elektronen. ( 42.2 ) Elektronen werden nur durch kurzwelliges Licht aus dem Metall frei ge- setzt – und dies unabhängig von der Lichtintensität. Demo-Experiment: Photoeffekt 42.1 Eine Zinkplatte wird auf ein Elektroskop gesteckt und negativ geladen. Die Platte wird mit Licht einer Quecksilberdampflampe bestrahlt. In der Wiederholung wird mit einer Glasplatte der UV-Anteil des Lichts herausgefiltert. Durch Veränderung des Ab- stands zwischen Zinkplatte und Quecksilberdampflampe wird die Beleuchtungsstärke an der Zinkplatte variiert. ( 42.3 ) Ergebnis: Nur bei Beleuchtung mit UV-Licht nimmt der Ausschlag des Elektroskops ab und zeigt dadurch die Entladung der Zn-Platte an. Bei UV-Licht entlädt sich die Platte umso schneller, je größer die Beleuchtungsstärke ist. Der lichtelektrische Effekt ( Photoeffekt ) Kurzwelliges Licht löst Elektronen aus Metalloberflächen. Mit der Wellentheorie des Lichts lässt sich der Photoeffekt nicht erklären. Die Wel- lentheorie sagt nämlich voraus: Solange Licht einfällt, sollten Elektronen der Metalloberfläche Energie aus der Strah- lung aufnehmen, bis sie genügend Energie besitzen, um das Metall zu verlassen. Bei schwachem Licht sollte dieser Vorgang mehr Zeit brauchen als bei starkem Licht. Man sollte auch erwarten, dass die Elektronen bei starkem Licht auf höhere Ge- schwindigkeiten beschleunigt werden als bei schwachem Licht. Im Gegensatz dazu zeigten die Experimente: Die kinetische Energie mv 2 /2 der Elektronen ist unabhängig von der Intensität des Lichts, sie nimmt ab einer mate- rialabhängigen Mindestfrequenz mit der Frequenz des einfallenden Lichts zu. Nur die Zahl der ausgelösten Elektronen hängt von der Lichtintensität ab. Die Deutung des Photoeffekts gelang 1905 a lBert e inStein . Indem er eine Idee von M ax p lanck (s. Physik 8) weiter führte, gelangte er zur Lichtquantenhypothese: Die Lichtquantenhypothese Licht der Frequenz f besteht aus Quanten (Lichtteilchen) mit der Energie E = h·f (Planck’sches Wirkungsquantum h = 6,63·10 –34 J·s). 1 Photonen – Lichtquanten In diesem Kapitel erfährst du etwas über − die Wirkung von Licht auf Metalle und Halbleiter, − Einsteins Lichtquantenhypothese, − den Zusammenhang zwischen Frequenz und Energie der Lichtquanten, − die Schwierigkeit, die Welleneigenschaften und den Teilchencharakter von Licht in ein gemeinsames Bild zu bringen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv