Einige Fragen zum besseren Verständnis der Photozelle

Verzweifeltes_Quant · Gast

Meine Frage:
Guten Abend liebe Physiker,

wir haben den Photoeffekt bei einer Photozelle heute in der Schule durchgenommen.
Da ich im Unterricht nicht so ganz mitbekommen bin, habe ich mir zu Hause das Ganze noch mal im Buch durchgelesen und will noch ein paar Fragen zum Verständnis loswerden.

1. Wie kann ich an dem Versuch erkennen, dass Energie nur in bestimmten Portionen (den Quanten) übertragen wird?

2. Haben alle Photonen, von Licht gleicher Wellenlänge und damit gleicher Frequenz, die gleiche Energie und sind damit gleich schnell?

3. Kann ein Photon auch mehrere Elektronen herauslösen? Un umgekehrt, können mehrere Photonen auch ein Elektron herauslösen?

4. Gibt ein Photon seine KOMPLETTE Energie ab?

5. Wass passiert mit dem Photon, nachdem es seine Energie abgegeben hat? In der Schule behandelt man immer nur, wie es mit dem Elektron weiter geht. Löst sich das Photon auf ;-) ?

6. Sind die herausgelösten Elektronen alle gleich schnell?

Vielen Dank euch mal im Vorraus!
Grüße Daniel

Meine Ideen:
1. Hier habe ich leider keine Ahnung.

2. Ich vermute mal ja.

3. Wiederrum muss ich passen :-(

4. Ich denke ja, da man sonst ja nicht auf die Energie von den Photonen über die Spannung schließen kann.

5. Würde ich es wissen, würde ich nicht fragen ;-)

6. In meinem Physikbuch steht nein, aber WIESO?

Grüße

Verzweifeltes_Quant · Gast

Und noch mal was:

Liege ich richtig mit der Annahme, dass je höher die Intensität des Lichts ist, desto mehr Quanten "enthält" es, desto mehr Elektronen können theoretisch rausgelöst werden? D.h. dass ein fiktiver Strom von Ringanode zu Kathode mit der Lichtintensität steigt?

Grüße
Daniel

Lowl3v3l · Gast

2.) die reihenfolge ist irgendwie seltsam.... alle photonen in einem medium sind gleich schnell, sie bewegen sich stets mit lichtgeschwindigkeit.da geschwindigkeit gleich frequenz mal wellenlänge sind alle mit der gleichen frequenz gleich schnell und haben die gleiche energie.

3.) Nein und Nein.
4.) bei diesem versuch ja
5.) es hört auf zu existieren.
6.) in der praxis nein, da sie evt aus verschiedenen energieniveaus des atoms herausgelöst werden können.

1.) wäre licht eine welle hätte man stets eine ablösung, so hat man sie nur wenn die photonen mindestens eine Energie gleich der Ablösearbeit haben.

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Verzweifeltes_Quant · Gast

Erstmal Danke für die schnelle Antwort!

zu 3. : Wieso ist das nicht möglich?

zu 4. : Was heißt genau "das Photon hört auf zu existieren" ?

Und nochmal eine neue Frage: (So langsam wird das Thema immer interessanter ;-) )

Die Spannung zw. Kathoder und Anode hängt ja von der Energie der herausgelösten Elektronen ab. Diese Energie hängt wiederrum von der Ablöseenergie und der Energie der Photonen ab. Die Energie des Photon hängt von der Frequenz ab, richtig? Kann ich die Energie eines Quants berechnen über die Frequenz?

Danke
und gute Nacht
Daniel

caine · Gast

Hi,

zu Frage 3 muss ich hier mal widersprechen, denn die gegebene Antwort ist (wenn mans genau nimmt) nur zur Hälfte richtig.

Also der erste Teil stimmt, ein Photon kann nicht mehrere Elektronen auslösen. Die Begründung ist einfach und hat auch mit Frage 4 zu tun:
Das Photon gibt seine gesamte Energie ab und hört auf zu existieren. Photonen sind ja Teilchen mit einer Ruhemasse 0. Die Energie steht vereinfacht ausgedrückt eben im Zusammenhang mit der Frequenz bzw. Wellenlänge.
Also man darf das beispielsweise nicht wie ein Elektron betrachten, das mit einer gewissen Energie ankommt, mit dem Hüllenelektron stößt und seine gesamte Energie abgibt. Das Elektron hätte nach diesem Zusammenstoß keine Energie in Form von Bewegung mehr, sondern lediglich seine Ruhemasse/ Ruheenergie (würde jedoch weiterhin existieren). Das Photon hat wie gesagt keine Ruhemasse und existiert nach dem Energieübertrag nicht mehr.

Nun zum zweiten Teil der Frage, ob mehrere Photonen ein Elektron auslösen können. Dies ist möglich, wenn
a) die Energie eines einzelnen Photons nicht ausreicht, um das Elektron auf ein höheres Niveau anzuheben bzw. das Atom zu ionisieren.
b) diese beispielsweise 2 Photonen so gut wie gleichzeitig (innerhalb eines sehr sehr kleinen Zeitintervalls von etwa 10^-18s) absorbiert werden.
In diesem Fall spricht man von Multi-Photonen Prozessen bzw. Anregungen.

Da die gleichzeitige Ankunft sehr sehr unwahrscheinlich ist und bei in der Schule behandelten Experimenten quasi nicht vorkommt, wird dieser Effekt häufig der Einfachheit halber vernachlässigt. Man bräuchte um solche Prozesse zu untersuchen viel höhere Photonendichten, als sie bei einer Lampe/ einem gewöhnlichen Laser vorkommen.

Das Prinzip wird beispielsweise bei der Multiphotonenmikroskopie verwendet (bei Wikipedia unter "Multiphotonenmikroskop" zu finden)
(sorry für die langen Ausführungen und falls das jetzt zu tiefgehend war; der Effekt ist wie gesagt in der Schulphysik zu vernachlässigen aber dennoch vorhanden:) )

Zur letzten Frage eine kurze Antwort:
Richtig, die Energie eines Photons hängt von seiner Frequenz ab und kann mit der Formel
E = h * f
berechnet werden wobei E die Energie des Quants ist, f die Frequenz in Hz und h das sogenannte Plancksche Wirkungsquantum (Naturkonstante etwa 6,626 * 10^-34 Js)

Auch Gast · Gast

Es gibt doch noch den Compton Effekt
Damit könnte ein Photon auch mehrere Elektronen auslösen
Oder nicht?

caine · Gast

Du hast Recht, allerdings spricht man in dem Fall wie du schon selbst sagst von Compton- und nicht vom Photoeffekt.

Soweit ich weiß ist der Photoeffekt eben ua.a dadurch gegeben, dass das Photon bei einem Prozess an einem einzelnen Elektron absorbiert/ vernichtet wird.

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim

Verzweifeltes_Quant · Gast

Vielen Dank,

das mit dem Compton-Effekt geht mir dann doch etwas zu weit...

Noch mal zu meiner ersten Frage, die habe ich irgendwie nicht ganz verstanden. In unserem Physikbuch wird hier differenziert: Einmal erkennen die an dem Versuch, warum Energie portionsweise, also in Quanten, übertragen wird und einmal warum das Licht an sich schon in Quanten unterteilt ist. Das heißt, dass es sich nicht als Welle fortbewegt und die Energie dann erst als Päckchen abgibt.

Hoffe ihr könnt mit das etwas genauer erläuter...

Grüße
das "Verzweifelte_Quant" ;-)

Chillosaurus · Anmeldungsdatum: 07.08.2010 Beiträge: 2440

Verzweifeltes_Quant · Gast

Ja das stimmt ;-)

Aber manche Physiker meinen trotzdem diese beiden Sachen an dem Versuch erkennen zu können und genau diesen Gedankengang will ich nachvollziehen können.

Und noch eine Frage: woher weiss man, dass Quanten unteilbar sind?

Grüße und vielen Dank

J1 · Gast

Es gibt Quanten,die teilbar sind:Neutronen

Lowl3v3l · Gast

wer sagt bitte dass neutronen quanten sind?

Uriezzo · Anmeldungsdatum: 15.09.2011 Beiträge: 281 Wohnort: Großostheim