Fotoelektrischer Effekt < SchulPhysik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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Hallo !
ich beschäftige mich gerade schulbedingt mit den Fotoeffekt.
Mein Problem ist nun folgendes:
Die Größe W_max, obere Grenze für die Energie der Elektronen herausgelöst aus einem bestimmten Material. Denn:
1. Warum gibt es Werte W<W_max? Können auch Elektronen tiefer sitzend im Material (also nicht die Valenzelektronen) herausgelöst werden, die eine größere Ablöseenergie benötigen?
2. Warum ist die Energie nach oben beschränkt? Kann denn nicht ein bereits herausgelöstes Elektron "in seiner Freiheit" noch mal von einem Photon getroffen werden?
Freue mich sehr über Antworten!
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Hallo,
gleich vorne weg: es heißt "photoeffekt" bzw "photoelektrischer effekt".
> Hallo !
>
> ich beschäftige mich gerade schulbedingt mit den
> Fotoeffekt.
> Mein Problem ist nun folgendes:
>
> Die Größe W_max, obere Grenze für die Energie der
> Elektronen herausgelöst aus einem bestimmten Material.
hääää ? ;) das ist doch nur ein halbsatz.
> Denn:
> 1. Warum gibt es Werte W<W_max? Können auch Elektronen
> tiefer sitzend im Material (also nicht die
> Valenzelektronen) herausgelöst werden, die eine größere
> Ablöseenergie benötigen?
sicherlich gibt es energiewerte die kleiner als eine gewisse maximalenergie sind. allerdings hast du verheimlich von welcher energie du sprichst.
grundsätzlich kannst du beliebig elektronen aus einem atomgitter herrausschlagen, sofern du die mindestnötige energie aufbringst damit die bindungsenergie überwunden wird.
> 2. Warum ist die Energie nach oben beschränkt? Kann denn
> nicht ein bereits herausgelöstes Elektron "in seiner
> Freiheit" noch mal von einem Photon getroffen werden?
formuliere die frage bitte neu damit sie verständlich ist.
aber sicherlich kann ein elektron von einem photon getroffen werden wenn es sich nicht mehr im gitter befindet - allerdings erkenne ich den sinn in der frage nicht.
>
> Freue mich sehr über Antworten!
Liebe Grüße aus Wien,
Scherzkrapferl
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Hallo scherzkrapferl,
..ja gut, da fehlt nen Verb im Satz.., aber ich bitte Dich meinen Text nicht einfach mit "Information verheimlichend" und "unverständlich" und zudem meine Frage als beantwortet zu deklarieren.
Es geht hier ja um den Photoeffekt, also um Elektronen, die durch Photonenbeschuss aus einem Material herausgelöst werden, und das habe ich über W_max nun wirklich nicht verheimlicht.
Sicherheitshalber noch mal und ausführlicher:
Eine Platte eines bestimmten Materials wird mit Photonen nur einer Sorte beschossen. Die Photonen haben also alle die gleiche Energie E_Ph.
W bezeichne die Energie der Elektronen. Diese wird erhöht, wenn sie ein Photon absorbieren (sie tun dies bekanntlich nur wenn [mm] E_Ph>=W_A). [/mm] Nun sei E_Ph größer als die Ablöseenergie [mm] W_A. [/mm]
Nun "zeigt" der Photoeffekt, dass diese Energie W nach oben begrenzt ist mit W_max = [mm] E_Ph-W_A.
[/mm]
Frage 1 sei hier mal geschenkt.
Zu Frage 2:
Wir betrachten ein Elektron, dass bereits die Energie W_max besitzt und sich nicht auf dem Weg zur Ringkatode der Fotozelle befindet, mit der ja anhand der Spannung U(E_Ph) zwischen Ring und Platte z.B. die Ablöseenergie [mm] W_A [/mm] des Materials bestimmt werden soll.
Die Versuchsergebnisse zeigen: es gibt keine Elektronen mit einer Energie W > W_max.
Nun frage ich: "Warum sollte es nicht möglich sein, dass die bereits gelösten Elektronen mit Energie W_max nicht noch weitere Energie aufnehmen, die sie durch Absorption eines weiteren Photons erhalten und somit größere Spannungen zwischen Ring und Platte erzeugen??
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:26 So 18.08.2013 | | Autor: | leduart |
Hallo
ein freies Elektron kann kein Photon absorvieren, da dabei der Impuls+ Energiesatz verletzt würde. Die Wahrscheinlichket dass es nahe einem kern , der den Impouls übernehmen könnte ein 2tes Photon absorbiert ist praktisch 0.
zur ersten Frage: Du hast ja Photonen einer bestimmten Energie, die reicht nicht aus, ein stärker gebundenes e auszulösen. mit Photonen sehr viel höherer Energie ist das aber möglich.
Grus leduart
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ich studiere lange genug technische physik um den photoeffekt zu beherrschen ;) also lieber etwas freundlicher - danke.
so wie du nun fragst klingt das um einiges sinnvoller ;)
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Hallo!
Zwei Dinge:
1.: Die Elektronen fliegen ja auch nicht unbedingt senkrecht von der Platte weg, sondern ggf. auch unter einem gewissen Winkel. Diese elektronen können zwar die Maximalenergie haben, aber nur ein Anteil davon steckt in der Bewegungsrichtung senkrecht zur Platte, und damit der Richtung, entlang derer die Energie gemessen wird. Selbst, wenn also alle Elektronen die max. Energie hätten, würdest du nicht bei allen diese Energie messen, sondern durchaus auch weniger.
2.: Selbst, wenn ein Photon einem freien Elektron einen Impuls verpasst (Das passiert bei Gammastrahlung, nennt sich Compton), so müßte das Elektron einen Impuls in Flugrichtung des Photons aufnehmen, und würde damit eher langsamer / hätte weniger Energie in Vorwärtsrichtung.
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Danke an leduart und Event Horizon für die raschen Antworten.
@scherzkrapferl: ja, ich habe in der Tat meinem Ärger etwas Luft gemacht. Hatte mich heute morgen auf eine spannende Diskussion gefreut, was natürlich beim Status "Frage beantwortet" nicht zu Stande kommt.
Ich gebe zu, dass ich den Aufbau "Fotozelle" hätte erwähnen sollen. Aber, dass [mm] $W_{max}$ [/mm] die Energie der Elektronen ist, hast Du nun mal wirklich überlesen, also darf ich Dich wohl auch mal tadeln, da Du ja auch selber tadelst  .
Nun noch mal zum Thema:
1. Dass die Elektronen, nur mit Geschwindigkeit senkrecht zur Platte maximale Energie gegen das E-Feld aufbringen, ist natürlich auch ein gutes Argument für Energien $W$ unterhalb von [mm] $W_{max}$, [/mm] allerdings sollten viele derjenigen Elektronen mit "falscher Richtung" ja eigentlich am Ring vorbeifliegen, oder? Die Ringrichtung ist ja quasie nen Wienscher Filter. Aber OK, ein wenig Spiel gibt die Ringbreite und Plattenbreite ja schon..
2. Dass die Richtung Platte->Ring entgegensetzt zur Photonenflugrichtung = Impulsrichtung der Photonen ist, leuchtet mir ein. Allerdings ist dieses Argument für Schüler sehr weitliegend, denn: Das Herausschlagen der Elektronen stellen sich die Schüler ja auch so vor, dass die Photonen von vorne kommen und die Elektronen dann trotzdem genau in die Richtung fliegen, aus der die Photonen kommen.. Demnach wäre die Schlampigkeit in der Illustration des Ablösevorgangs zu suchen, die den Stoßvorgang falsch darstellt. Right?
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Hallo1
Zu 1: Ja, in der tat ist das ein sehr schwaches, aber gut verständliches Argument. Es ist auch so, daß die Geschwindigkeit/Energie in Richtung Elektrode sich noch nicht wahnsinnig verändert, wenn das Elektron um ein paar Grad schief fliegt.
Zu 2: Da hast du recht. So, wie man es in der Schule lernt, ist überhaupt nicht klar, wieso die Elektronen mit dem entgegengesetzten Impuls der Photonen aus dem Metall raus kommen. Vielleicht wird ja irgendwo gesagt, daß da noch ein Atomkern sein muß, der Impuls aufnimmt, aber das wird offenbar nicht groß besprochen. ich erinnere mich jedenfalls nicht daran, und selbst der wiki-Artikel sagt dazu nix.
Eigentlich jugendliche doch oft ziemlich gut darin, den Bruch irgendwelcher Regeln oder Gesetze, die man ihnen zuvor beigebracht hat, zu erkennen, und vor allem Lehrer damit zu konfrontieren.
Vielleicht liegt es auch daran, daß es hier um Quantenphysik geht, und das gegenüber dem Billard-Tisch ein wenig an Voodoo erinnert?
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