Kann bitte jemand diese Physikfrage beantworten?

2 Antworten

Beim Fotoeffekt geht es um das Herauslösen von Elektronen aus Materie durch Bestrahlung mit Licht. Dabei muss die Energie der Bestrahlung mindestens so groß sein wie die Bindungsenergie der Elektronen.

Nach dem Wellenmodell stellt eine Zunahme der Licht-Intensität eine Vergrößerung der Wellen-Amplitude dar. Je größer die Amplitude, desto größer ist übertragene Energie. Damit müsste eine Erhöhung der Licht-Intensität zum Fotoeffekt führen. Dies ist aber nicht der Fall.

Das Auftreten des Fotoeffekts hängt somit nicht von der Licht-Intensität, sondern von dessen Frequenz ab.

Angenommen, man benutzt Licht, dessen Frequenz ausreicht, um Elektronen herauszulösen.

Es müsste doch trotzdem mit dem Wellenmodell erklärbar sein, dass Elektronen herausgelöst werden, oder? Wenn genug Energie in Form von Wellen auf die Oberfläche trifft, sollten die Elektronen auch herausgelöst werden.

Meiner Meinung nach könnte man es mit dem Wellenmodell erklären, die Aussage wäre also falsch.

Wie stehen Sie dazu?

Danke für die Antwort

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@M3xc80

Das schon, aber diese Grenzwellenlänge ist das wirklich interessante. Es hängt einzig und allein von der Wellenlänge ab, ob sich etwas herauslöst, nicht von der Intensität und dies widerspricht dem Wellencharakter des Lichts, denn mehr Intensität -> mehr Energie

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@M3xc80

Wer mal in der Brandung am Strand gestanden ist weiß: die Energie von Wellen liegt in ihrer Amplitude, nicht in ihrer Frequenz. Viele kleine Wellen die kurz hintereinander kommen (hohe Frequenz) werfen einen nicht um, aber eine große kann das (Amplitude).

So löst man aber Elektronen nicht. Die große Amplitude hilft hier nicht. Das verhält sich, als würde man das Metall mit Kugeln beschießen, wobei es egal ist, wieviele Kugeln fliegen (Amplitude), sondern die einzelne Kugel muss genügend Energie haben (Frequenz). Die Energie von Photonen liegt in ihrer Frequenz, nicht in ihrer Amplitude.

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@hologence

Danke für die Erklärung, jetzt versteh ich, warum bei Wellen Amplitude bedeutend ist und nicht Frequenz.

Ich bin aber trotzdem der Meinung, dass die Aussage in der Aufgabe falsch ist.

Der Photoeffekt beschreibt das Herauslösen von Elektronen aus einem Metall durch Photonen, also durch Bestrahlung mit Licht.

(Zitat aus Suchergebnissen, wenn man nach "Fotoeffekt" sucht)

Der Photoeffekt, also dass Elektronen herausgelöst werden, kann ja mit dem Wellenmodell erklärt werden, oder nicht?

Tut mir leid, ich stehe auf dem Schlauch.

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@M3xc80

um den Photoeffekt mit dem Wellenmodell zu erklären, müsste man wie am Strand argumentieren: wenn die Wellen hoch genug sind, lösen sie Elektronen heraus. Das tun sie aber nicht - wenn die Frequenz zu niedrig ist, passiert trotz hoher Amplitude nichts. Und das ist im Wellenmodell nicht zu verstehen.

Wenn die Frequenz aber hoch genug ist, dann werden Elektronen herausgelöst, und zwar um so mehr, je höher die Amplitude ist. Das passt zum Teilchenmodell: wenn die Teilchen genug Energie haben, können sie Elektronen lösen. Je mehr dieser Teilchen ankommen, desto mehr Elektronen werden gelöst.

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@hologence

Aber geeignetes Licht (siehe Aufgabe) setzt ja voraus, dass die Frequenz hoch genug ist, um die Elektronen zu lösen. Und wenn man nun bei besagtem geeigneten Licht die Amplitude erhöht, kann man doch einfach sagen:

,,Die Amplitude der Wellen ist höher, deswegen kommen Elektronen raus/tritt der Photoeffekt ein."

Wenn in der Aufgabe stehen würde, dass es sich um Licht handelt, dessen Frequenz nicht hoch genug ist, also ungeeignet, oder bei dem man es nicht weiß, dann könnte man es ja so begründen, wie Sie.

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Die Aussage ist falsch. Auch nach dem klassischen Modell, werden Elektronen aus dem Metall heraus gelöst, nämlich dadurch, dass sie in der elektromagnetischen Welle hochgeschaukelt werden, bis sie genug Energie haben, um aus dem Metall zu entkommen. Das Überraschende am Photoeffekt ist, dass bereits bei kleinen Intensitäten sofort Elektronen aus dem Blech geschlagen werden. Nach der klassischen Theorie würde es bei schwachen Intensitäten lange dauern, bis die Elektronen genügend Energie haben.

Ausserdem hängt es von der Wellenlänge des Lichts ab, ob Elektronen austreten. Auch dies widerspricht der klassischen Theorie. Bei einer langsameren Schwingung müsste es einfach länger gehen, bis die Elektronen rauskommen. Nach Einsteins (korrektem) Photonen Modell kommen sie aber gar nicht heraus, wenn die Energie der Photonen kleiner ist als die Austrittsarbeit.

Das wird sehr schön vorgerechnet in Harry Paul, 'Photonen'. (Das ist auch sonst ein brillantes Buch, um den Unterschied zwischen klassischer Physik und Quantentheorie zu verstehen.)

Den Begriff 'äusserer Photoeffekt' kenne ich nicht.

Ach, jetzt lese ich diese Antwort erst. Sie können meinen Kommentar auf Ihren späteren Kommentar ignorieren.

Danke vielmals für die Bestätigung. Ich werde meinen Lehrer nochmal daraufhin ansprechen.

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