Quantenphysik

Warum löst UV-Licht Elektronen aus Zink, helles rotes Licht aber nicht?

In diesem Video lernst du den Fotoeffekt und Einsteins Lichtquanten kennen.

Licht kann Elektronen aus einem Metall lösen: der Fotoeffekt.

Rotes Licht schafft das bei Zink nicht, selbst wenn es sehr hell ist.

Helleres UV-Licht löst mehr Elektronen, aber sie sind nicht schneller.

Die Energie der Elektronen hängt nur von der Frequenz f des Lichts ab.

Einstein erklärte das: Licht besteht aus Energieportionen, den Photonen.

Ein Photon hat die Energie h mal f, mit dem Planckschen Wirkungsquantum h.

h ist etwa sechs Komma sechs drei mal zehn hoch minus vierunddreißig Joulesekunden.

Ein Photon gibt seine ganze Energie an genau ein Elektron ab.

Einen Teil davon kostet das Verlassen des Metalls: die Austrittsarbeit W A.

Der Rest wird Bewegungsenergie: E kin gleich h mal f minus W A.

Im Diagramm ist das eine Gerade mit der Steigung h.

Unterhalb der Grenzfrequenz f G reicht ein Photon nicht aus. Dann wird kein Elektron frei, egal wie hell das Licht ist.

Beispiel Zink: Die Austrittsarbeit beträgt etwa vier Komma drei Elektronenvolt.

UV-Licht mit zweihundert Nanometern liefert Photonen mit etwa sechs Komma zwei Elektronenvolt.

Also ist E kin gleich sechs Komma zwei minus vier Komma drei.

Die Elektronen haben also höchstens eins Komma neun Elektronenvolt.

Rotes Licht mit siebenhundert Nanometern liefert nur etwa eins Komma acht Elektronenvolt. Zu wenig.

Fassen wir zusammen.

Licht besteht aus Photonen mit der Energie h mal f.

Für die Elektronen gilt: E kin gleich h mal f minus W A.

Unterhalb der Grenzfrequenz werden keine Elektronen frei, egal wie hell das Licht ist.

Super! Jetzt bist du dran.