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Schule Äußerer Photoeffekt
Chinqi
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  Themenstart: 2022-05-23

Beim Experiment zum phoelektrischen Effekt wird ja eine negative Metallplatte mit UV-Licht bestrahlt. Dadurch wird dann ja Elektronen aus der Platte herausgelöst. In einem Video habe ich jetzt gehört, dass dies nur möglich ist, wenn das UV-Licht einen Impuls besitzt. Warum ist das so?


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  Beitrag No.1, eingetragen 2022-05-24

\quoteon(2022-05-23 23:12 - Chinqi im Themenstart) Beim Experiment zum phoelektrischen Effekt wird ja eine negative Metallplatte mit UV-Licht bestrahlt. Dadurch wird dann ja Elektronen aus der Platte herausgelöst. \quoteoff Du meinst sicher, dass die Metallplatte auf Kathodenpotential einer Spannungsquelle liegt. Eine "negative Metallplatte" ist unsauber ausgedrückt. \quoteon(2022-05-23 23:12 - Chinqi im Themenstart) In einem Video habe ich jetzt gehört, dass dies nur möglich ist, wenn das UV-Licht einen Impuls besitzt. Warum ist das so? \quoteoff Kannst du das Video verlinken? Denn das klingt hier genauso unsauber formuliert.


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Chinqi
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  Beitrag No.2, vom Themenstarter, eingetragen 2022-05-25

https://www.youtube.com/watch?v=WSj2Ms9h7q0 Minute: 1:07


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AnnaKath
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  Beitrag No.3, eingetragen 2022-05-25

Huhu Cinqi, die Aussage des Videos ist bestenfalls irreführend. Ja, ein Photon besitzt einen Impuls - aber dieser spielt für den Photoeffekt in eher klassischer* Betrachtung im Grunde keine Rolle. Vielleicht hilft hier eine überschlägige quantitative Betrachtung: Beschiessen wir ein einzelnes Bleiatom im Vakuum mit einem Röntgenlaser, der Licht der Wellenlänge $\lambda = 1.5$ nm aussendet. Da hier ein einzelnen Bleiatom beschossen wird, ist das bei der Photionisation frei werdende Elektron stärker gebunden als in einem Festkörper und das Analogen zur Austrittsarbeit beträgt $W \approx 70$ eV. Ein Photon des Laserlichts hat eine Energie von ca. $E_p \approx 0.8$ keV und einen Impuls von grob $p_p \approx 5 \cdot 10^{-25}$ kgm/s. Die Ionisierungsenergie fällt hier also kaum ins Gewicht. Das "herausgeschlagene" Elektron verfügt also über die im wesentlichen gleiche (kinetische) Energie wie das Photon und hat damit (grob) eine Geschwindigkeit von ca. $v \approx 10^7$ m/s. Dies ist noch weit genug von der Lichtgeschwindigkeit entfernt, um damit einen "klassischen" Impuls von grob $p_e \approx 10^{-23}$ kgm/s zu erhalten. Somit: Nur ein geringer Anteil des Impulses des Elektrons (<5%) kann überhaupt vom Photon stammen. Der Impuls muss also im Wesentlichen aus anderer Quelle stammen. Beim normalen Photoeffekt ist das der Festkörper (das Metallblech), bei der hier beschriebenen Photoionisation ist das der Bleiatomkern. Für ein grobes, quantitatives Verständnis des Photoeffekts ist eine Betrachtung des Impulses also kaum nötig, insbesondere spielt der Photonenimpuls kaum eine/keine Rolle. Einzig ist durch einen Impulsbetrachtung erklärbar, warum der Photoeffekt nicht an einem freien Elektron (das wäre die Absorption eines Photons**) auftreten kann. Dort fehlt nämlich der Festkörper/Atomkern, der den "Rückstoss" aufnehmen kann. lg, AK // EDIT: Rechnen kann ich nicht, ich habe nachträglich noch einige Zahlenwerte ändern müssen. // und nach dem freundlichen Nachrechnen eines Mitplanetariers dann erneut... *) Du hast diese Aufgabe auf Schulniveau gestellt, deshalb gehe ich davon aus, dass Du eher an einem Grundverständnis interessiert bist. **) Ein Elektron mag in der QED natürlich trotzdem virtuelle Photonen absorbieren (und emittieren), allerdings hat dies nichts mehr mit einem Photoeffekt zu tun und sprengt hier sicher den Rahmen.


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