Hallwachs-Versuch und lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt):
● Das Auslösen von Elektronen durch Lichtbestrahlung wird als (äußerer)
lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt) bezeichnet. Besser gesagt, der ultraviolette
Anteil der elektromagnetischen Strahlung löst Elektronen aus einer Metalloberfläche
aus.
● Die Lichtbestrahlung wirkt hier in dem Fall als Influenz: Die elektrische Feldstärke
des Lichtes wirkt auf die Elektronen im Metall und bringt diese zum Mitschwingen.
Dabei nehmen sie aus dem Feld Energie auf und können bei einem ausreichenden
Wert der Energie das Metall verlassen.
● Treten die Elektronen in ein anschließendes homogenes Magnetfeld, kann man wie
beim Massenspektroskop die spezifische Ladung e/m bestimmen.
● Die Energie der Oszillatoren des strahlenden Körpers, die die elektromagnetische
Strahlung emittieren, kann nur bestimmte Werte und deren ganzzahlige Vielfache
annehmen.
● Nach dem Verlassen des Metalls besitzen die Elektronen eine Geschwindigkeit,
haben also eine kinetische Energie, die nur vom Licht stammen kann.
, Die Gegenfeldmethode:
● Im Raum zwischen Anode und Kathode besteht ein elektrisches Feld, in dem die
ausgelösten Elektronen durch die elektrische Kraft abgebremst werden. Durchlaufen
sie in diesem Gegenfeld die Potentialdifferenz U0, so ist ihre kinetische Energie
größer oder gleich der potenziellen (kinetischen) Energie Epot = eU0.
● Die Photoelektronen haben unterschiedliche kinetische Energien, sodass mit
zunehmender Gegenspannung immer weniger Elektronen die Anode erreichen und
die Stromstärke bis auf null sinkt. Aus der Gegenspannung ergibt sich also die
maximale kinetische Energie der Photoelektronen: 𝐸𝑘𝑖𝑛(𝑓) = ℎ · 𝑓 − 𝐸𝐴
● Die Intensität der elektromagnetischen Strahlung bestimmt zwar die Anzahl der in
einem Zeitintervall ausgelösten Elektronen. Der auf das einzelne Elektron
übertragene Energiebetrag (die von den Elektronen absorbierten Energiebeträge) ist
jedoch von der Intensität unabhängig.
● Die Umkehrung der Stromrichtung beruht auf der Auslösung von Elektronen durch
Streulicht aus der Ringelektrode (quasi durch das Photoeffekt):
● Die Auslösung von Elektronen bei verschiedenen Materialien erfordert
unterschiedliche Energie.
● Die Steigungskonstante der Energiefrequenz-Beziehung ist gerade die von Max
Planck eingeführte Konstante für die gequantelten Energiebeträge der Oszillatoren,
die der elektromagnetische Strahlung emittierenden.
● Das Auslösen von Elektronen durch Lichtbestrahlung wird als (äußerer)
lichtelektrischer Effekt (Photoeffekt) bezeichnet. Besser gesagt, der ultraviolette
Anteil der elektromagnetischen Strahlung löst Elektronen aus einer Metalloberfläche
aus.
● Die Lichtbestrahlung wirkt hier in dem Fall als Influenz: Die elektrische Feldstärke
des Lichtes wirkt auf die Elektronen im Metall und bringt diese zum Mitschwingen.
Dabei nehmen sie aus dem Feld Energie auf und können bei einem ausreichenden
Wert der Energie das Metall verlassen.
● Treten die Elektronen in ein anschließendes homogenes Magnetfeld, kann man wie
beim Massenspektroskop die spezifische Ladung e/m bestimmen.
● Die Energie der Oszillatoren des strahlenden Körpers, die die elektromagnetische
Strahlung emittieren, kann nur bestimmte Werte und deren ganzzahlige Vielfache
annehmen.
● Nach dem Verlassen des Metalls besitzen die Elektronen eine Geschwindigkeit,
haben also eine kinetische Energie, die nur vom Licht stammen kann.
, Die Gegenfeldmethode:
● Im Raum zwischen Anode und Kathode besteht ein elektrisches Feld, in dem die
ausgelösten Elektronen durch die elektrische Kraft abgebremst werden. Durchlaufen
sie in diesem Gegenfeld die Potentialdifferenz U0, so ist ihre kinetische Energie
größer oder gleich der potenziellen (kinetischen) Energie Epot = eU0.
● Die Photoelektronen haben unterschiedliche kinetische Energien, sodass mit
zunehmender Gegenspannung immer weniger Elektronen die Anode erreichen und
die Stromstärke bis auf null sinkt. Aus der Gegenspannung ergibt sich also die
maximale kinetische Energie der Photoelektronen: 𝐸𝑘𝑖𝑛(𝑓) = ℎ · 𝑓 − 𝐸𝐴
● Die Intensität der elektromagnetischen Strahlung bestimmt zwar die Anzahl der in
einem Zeitintervall ausgelösten Elektronen. Der auf das einzelne Elektron
übertragene Energiebetrag (die von den Elektronen absorbierten Energiebeträge) ist
jedoch von der Intensität unabhängig.
● Die Umkehrung der Stromrichtung beruht auf der Auslösung von Elektronen durch
Streulicht aus der Ringelektrode (quasi durch das Photoeffekt):
● Die Auslösung von Elektronen bei verschiedenen Materialien erfordert
unterschiedliche Energie.
● Die Steigungskonstante der Energiefrequenz-Beziehung ist gerade die von Max
Planck eingeführte Konstante für die gequantelten Energiebeträge der Oszillatoren,
die der elektromagnetische Strahlung emittierenden.
