Hallwachs experiment fotoeffekt?
Moin
Der Hallwachs Versuch zum Fotoeffekt beweist ja, dass das Wellenmodell nd zu 100% auf Licht zutrifft. Aber warum genau ist das so? Also klar, die Glasplatte lässt UV Strahlung nicht durch, auch wenn man die Intensität erhöht, aber warum genau spricht das Gegen das Wellenmodell? Wenn ich gegen eine Wand leuchte, kommt ja auch nichts durch, obwohl ich die Intensität erhöhe...
Sorry, aber ich stehe voll auf dem Schlauch :)
3 Antworten
Intensität von Strahlung ist die ankommende Energie pro Zeit. Im Wellenmodell sind bei höherer Intensität die Amplituden größer und müssten also mehr Energie auf das Ziel übertragen, unabhängig von der Frequenz. Der Photoeffekt zeigt aber, dass Elektronen erst losgeschlagen werden, wenn die Frequenz einen bestimmten Grenzwert übersteigt. Das führt zum Teilchenmodell: die Frequenz entspricht der Energie der einzelnen Teilchen, die Amplitude der Menge der Teilchen. Wenn jedes einzelne Teilchen zu wenig Energie hat, hilft es auch nicht, mehr Teilchen hintereinander zu senden, das gibt nur mehr Fehlversuche.
Welle und Teilchen sind nur zwei Sichten auf das Gleiche im Sinne der Unschärferelation. Erzwingt man experimentell Ortsschärfe, hat man Teilchen, erzwingt man Impulsschärfe*, hat man Wellen. Anders gesagt: das Absolutquadrat einer Wellenfunktion an einem Ort ist die Wahrscheinlichkeitsdichte, dort ein Teilchen "anzutreffen".
*) der Impuls hängt direkt mit der Wellenlänge zusammen. Wirklich genau kann man die Wellenlänge aber nur bei einem unendlich langen Wellenzug messen - je kürzer der Wellenzug, desto genauer der Ort, desto unschärfer die Wellenlänge und damit der Impuls.
Die Frage ist: Wird die Energie durch Licht kontinuierlich (also pausenlos) oder diskret (also in kleinen Häppchen) übertragen.
Falls kontinuierlich, sollte irgendwann genug Energie da sein, um die Platte zu entladen. Man muss nur lange genug warten. Und wenn man die Intensität erhöht, strahlt mehr Energie pro Zeit ein, also muss man sogar noch weniger warten.
Falls diskret, muss ein einzelnes Energiehäppchen groß genug sein, um ein Elektron abzulösen. Ist ein einzelnes Energiehäppchen zu klein, kann man noch so lange warten. Die Intensität zu erhöhen bringt da auch nichts, weil da nur die Anzahl der Häppchen pro Zeit größer wird, aber weiterhin ein einzelnes Häppchen zu wenig Energie hat, um ein Elektron abzulösen.
Das Glasplattenexperiment verdeutlicht und bestätigt das nochmal: Eine Glasplatte filtert die großen Energiehäppchen raus (Photonen im UV-Bereich) und lässt die kleinen durch (Photonen im sichtbaren Bereich). Man beobachtet, dass die kleinen Energiehäppchen keinen Effekt haben, egal wie viele pro Sekunde die Platte treffen. Mit dem Wellenmodell wäre das nicht zu erklären, da dort die Energie ja kontinuierlich einströmt und die Farbe keine Rolle spielt, solange die Intensität hoch genug ist und man lange genug wartet.
Vielleicht hilft dir dieser Auszug aus meinem alten Unterrichtskonzept.
Nachtrag: Die Energie einer Welle setzt sich aus der potenziellen und der kinetischen Energie der Schwinger zusammen, wobei innerhalb der Welle ständig potenzielle in kinetische Energie umgewandelt wird und umgekehrt.
W ges = W kin + W pot = 1 / 2 m * A2 w2 ( w = Kreisfrequenz )
Auf der ersten Seite der letzte Satz ist genau das, was ich nicht ganz verstehe :/ warum würde abhängigkeit von der intensität für Wellenmodell sprechen?
Ahhh, das macht Sinn! Vielen Dank, jetzt versteh ich es :) Beim Wellenmodell würde man also quasi die Energie auf einem Punkt "deponieren" und sammeln, bis man genug hat? Und deswegen klappt es nicht?