Sexl Physik 7, Schulbuch

2.1 Photonen – Lichtteilchen Der lichtelektrische Effekt – Photoeffekt Im Jahr 1887machte H EINRICH H ERTZ eine zufällige Entdeckung: Ultraviolettes Licht (UV-Licht) verstärkt die Funkenbildung zwischen entgegengesetzt geladenen me- tallischen Elektroden. Spätere Experimente zeigten: Negativ geladene Metallplatten verlieren bei UV-Bestrahlung ihre Ladung, positiv geladene jedoch nicht. Die freigesetzten Ladungen sind Elektronen. ( 89.2 ) Elekt- ronen werden nur durch kurzwelliges Licht aus dem Metall freigesetzt. Demo-Experiment: Photoeffekt 89.1 E 1 Eine Zink-Platte wird auf ein Elektroskop gesteckt und negativ geladen. In ei- nem ersten Versuch wird die Platte mit Licht einer Quecksilberdampflampe be- strahlt. In einem zweiten Versuch wird mit einer Glasplatte der UV-Anteil des Lichts herausgefiltert. In einem dritten Versuch wird die Beleuchtungsstärke ver- ändert. ( 89.3) Ergebnis: Nur bei Beleuchtung mit UV-Licht nimmt der Ausschlag des Elektroskops ab und zeigt dadurch die Entladung der Zink-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: 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 Elektro- nen 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. Die Deutung des Photoeffekts gelang 1905 A LBERT E INSTEIN . Indem er eine Idee von M AX P LANCK (s. S. 77) weiterführte, 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). 89.1 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 Probleme könnten es sein? kurzwelliges Licht 89.2 Photoeffekt: Kurzwelliges Licht löst Elektronen aus Metallen. 89.3 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. Hg-Dampflampe Glasplatte Zinkplatte 89 | QUANTENPHYSIK Grundideen der Quantenphysik 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 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv