Compton bzw. Fotoeffekt

selle · Anmeldungsdatum: 14.05.2012 Beiträge: 1

Meine Frage:
Der Fotoeffekt tritt erst ab einer bestimmten Mindestfrequenz auf (z.B. bei Cäsium ab gelbem Licht).
Beim Versuch zum Comton-Effekt werden Röntgenstrahlen eingesetzt.
Dazu 2 Fragen:
Beim Versuch Fotoeffekt mit einer Hg-Dampflampe verhindert eine Glasscheibe den Effekt. Klar, das Glas filtert den UV-Anteil aus. Warum reicht hier der Gelbanteil des Lichtes nicht aus, um Elektronen auszulösen?
Und:
Wenn gelbes Licht bei Cäsium die untere Grenzfrequenz für aus Auslösen von Elektronen ist, wo liegt die obere Frequenz? Zumindest bei Röntgenstrahlen tritt ja der Compton-Effekt auf. Oder anders gefragt: Wann entscheidet sich welcher Effekt auftritt oder beide?

Meine Ideen:
Eigene Ansätze sind oben schien eingebaut. Habe 3 Physiklehrbücher zu Rate gezogen und etwa 20 Internetseiten. Die Frage ist dort nirgends gestellt, also auch keine Antworten. Auch kein Physiklehrer hat diese Frage gestellt. Sie kam mir selbst bei der Abi-Vorbereitung.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Für den Photoeffekt existiert eine untere Grenze, die durch die Austrittsarbeit der Elektronen gegeben ist. Dabei gilt

Dabei nimmt man an, dass die Impulserhaltung dadurch erfüllt bleibt, dass der gesamte (praktisch unendlich schwere) Festkörper den Impuls aufnimmt. Das ist in etwa dieselbe Näherung wie beim elastischen Stoß eines Balls an einer festen Wand.

Beim Comptoneffekt nimmt man dagegen an, dass die Photonen an quasi-freien Elektronen streuen, d.h.

Beide Effekte stellen daher eine Idealisierung dar.

Über den Übergangsbereich kann ich wenig sagen, da müsste ich auch Literatur durchsehen - wobei ich aktuell auch nicht wüsste, welche.

gast15 · Gast

Zur 1.Frage

Die Austrittarbeit bei Cs beträgt 2.14eV.Das gelbe Licht von Hg hat eine Energie von 2.15eV
Licht verliert bei Durchgang durch ein Medium Energie (immer) so daß es vielleicht nur noch mit 2.13eV rauskommt.Es ist dann immer noch gelb,aber es recht nicht um Elektronen auszulösen
Manche behaupten,daß es im Universum ein unbekanntes Medium gibt
(Äther oder dunkle Materie oder sonst was)
Und versuchen so die Rotverschiebung zu erklären.Aber das nur nebenbei

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

para · Moderator Anmeldungsdatum: 02.10.2004 Beiträge: 2874 Wohnort: Dresden

Um das bereits geschriebene noch etwas quantitativ zu untermauern: Ein Maß für die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon über einen bestimmten Prozess mit einem Atom wechselwirkt ist der so genannte Wechselwirkungsquerschnitt. Je größer dieser ist, desto wahrscheinlicher die Wechselwirkung.

Wechselwirkungsquerschnitte sind allgemein energieabhängig. Für Photonen findet man zum Beispiel Werte in der NIST XCOM Datenbank. Ein Diagramm dieser Werte für Cäsium für Photonenenergien zwischen 1 keV und 10 MeV findest du im Anhang.

Man sieht, dass für kleine Photonenenergien der Photoeffekt stark domininert. Bei circa 300 keV sind beide Prozesse gleich wahrscheinlich, für größere Energien überwiegt die Compton-Streuung.
Übersteigt die Photonenenergie die doppelte Masse des Elektrons, kommt die Paarerzeugung als weiterer möglicher Effekt hinzu (und wird zum wichtigsten Effekt für große Energien).

Man beachte die doppelt-logarithmische Darstellung. So ist das Verhältnis der Wechselwirkungsquerschnitte von Photo- und Comptoneffekt bei 10 keV rund 3000, bei 100 keV etwa 20 und bei 1 MeV circa 0.1.