RegistrierenRegistrieren   LoginLogin   FAQFAQ    SuchenSuchen   
Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-Effek
 
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik
Autor Nachricht
r4thmast3r



Anmeldungsdatum: 13.03.2011
Beiträge: 3

Beitrag r4thmast3r Verfasst am: 25. Okt 2012 23:20    Titel: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-Effek Antworten mit Zitat

Beim Photoeffekt absorbiert ein Elektron die Energie eines Photons E = h*f und wird dann, abhängig von der benötigten Austritsarbeit Wa, mit der kinetischen Energie Ekin = h*f - Wa aus der Oberfläche gelöst.
Was passiert danach mit dem Photon?

Beim Comptoneffekt wird das Photon an einem Teilchen gestreut und "fliegt" mit veränderter Wellenlänge weiter. Ein Teil der Energie behält also das Photon, ein Teil wird an das Teilchen (nehmen wir mal ein Elektron an) abgegeben.

Widersprechen sich die beiden Effekte nicht? Warum behält das Photon Energie beim Compton Effekt? Warum gibt das Photon nicht seine gesamte Energie ab? (Photoeffekt),Was passiert mit einem absorbierten Pnoton?

Vielen dank für eure Hilfe!
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 25. Okt 2012 23:46    Titel: Antworten mit Zitat

Der Comptoneffekt findet an freien bzw. quasi-freien Elektronen statt. Dabei ist kinematisch eine Absorption des Photons verboten (Energie- und Impulserhaltung nicht gleichzeitig möglich); es muss also eine Streuung stattfinden.

Beim Photoeffekt findet dagegen eine Absorption des Photons durch den gesamten Festkörper statt, es handelt sich um einen inelastischen Stoß, bei dem ein Teil der Energie und des Impulses auch auf den Kristall übergehen. Daher ist hier die Absorption des Photons kinematisch erlaubt.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 26. Okt 2012 08:36    Titel: Re: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-E Antworten mit Zitat

r4thmast3r hat Folgendes geschrieben:
Beim Comptoneffekt wird das Photon an einem Teilchen gestreut und "fliegt" mit veränderter Wellenlänge weiter. Ein Teil der Energie behält also das Photon, ein Teil wird an das Teilchen (nehmen wir mal ein Elektron an) abgegeben.

Vorsicht: Es wird nicht DAS Photon gestreut, sondern EIN Photon: d.h. es gibt ein Photon vor dem Streuvorgang und eines danach. Niemand sagt und niemand kann experimentell feststellen, ob es dasselbe Photon ist. Elementarteilchen kann man nicht mit einem Label versehen und identifizieren, so wie wir das bei makroskopischen Teilchen tun können.

Zwar kann ich im Falle des Comptoneffekts dieses einfache Modell verwenden, bei dem zwei Teilchen aneinander gestreut werden. Aber dieses Modell ist nur sehr begrenzt gültig und man sollte sich auf das Bild, das es vermittelt, nicht zu sehr verlassen.

Wenn ich den Comptoneffekt im Formalismus der Quantenfeldtheorie durchrechne, dann komme ich schon nicht mehr mit einem Photon aus, sondern brauche mindestens zwei und viele virtuelle. Und auch wenn der Formalismus der Quantenfeldtheorie nur ein Formalismus ist und ich Feynmandiagramme nicht zu "wörtlich" nehmen sollte, so kann ich doch daraus ableiten, dass es keinen Sinn macht, von DEM Photon, das gestreut wird, zu sprechen.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 26. Okt 2012 08:43    Titel: Re: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-E Antworten mit Zitat

Uriezzo hat Folgendes geschrieben:
... so kann ich doch daraus ableiten, dass es keinen Sinn macht, von DEM Photon, das gestreut wird, zu sprechen.

Na ja.. ich versteh, was Du meinst, aber Sinn macht es nicht. Ein Photon geht rein, eins geht raus... was daran widerspricht dem, dass es EIN photon ist? Genauso viel oder wenig wie dem Gegenteil...
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Okt 2012 08:48    Titel: Antworten mit Zitat

Du hast zwar völlig recht mit dem was du sagst, aber kinematisch ist das irrelevant; die Kinematik bleibt auch in der QFT gültig.

Man kann Compton- und Photoeffekt wie folgt beschreiben





Dabei ist es kinematisch im ersten Fall egal ob es sich um das selbe oder um ein zweites Photon handelt. Im zweiten Fall steht 'X' für die Photokathode als ganzes; damit lässt sich Energie- und Impulserhaltung zeigen, und nur darum ging es mir.

_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 26. Okt 2012 09:09    Titel: Antworten mit Zitat

?? Ich versteh schon den unterschied zwischen Comptoneffekt und Photoeffekt.... aber wenn ein Proton reingeht und eins raus, dann ist es ziemlich gewagt diese als verschieden zu bezeichnen. Einfach weil es dafuer genauso viel Grundlage gibt wie diese als gleich zu bezeichnen...

.. oder reden wir gerade aneinander vorbei und Du meintest gar nicht mich? smile
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 26. Okt 2012 09:24    Titel: Re: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-E Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
was daran widerspricht dem, dass es EIN photon ist? Genauso viel oder wenig wie dem Gegenteil...


Nichts widerspricht dem, dass es EIN Photon ist. Es geht auch nicht darum, die Teilchen, die rein und rausgehen als verschieden zu bezeichnen. Und die Kinematik bleibt davon natürlich auch unberührt.

Es geht darum, das ich nicht von DEMSELBEN Photon sprechen kann. Diese Aussage macht keine Sinn, genauso wenig wie die Aussage Sinn machen würde, von VERSCHIEDENEN Teilchen zu sprechen. Dazu müsste ich einzelne Teilchen nämlich labeln und identifizieren können. Und eben das kann ich nicht. Ich kann schlicht darüber keine Aussage treffen.

Dieses Verständnis ist meiner Meinung nach kritisch, wenn es um Quantenmechnanik und Quantenfeldtheorie geht und man kann es sich nicht früh genug angewöhnen.
jh8979
Moderator


Anmeldungsdatum: 10.07.2012
Beiträge: 8228

Beitrag jh8979 Verfasst am: 26. Okt 2012 09:27    Titel: Re: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-E Antworten mit Zitat

Uriezzo hat Folgendes geschrieben:

Es geht darum, das ich nicht von DEMSELBEN Photon sprechen kann. Diese Aussage macht keine Sinn, genauso wenig wie die Aussage Sinn machen würde, von VERSCHIEDENEN Teilchen zu sprechen.

?? ... Ich hab das Gefuehl dass es hier einen philosophischen Unterschied gibt Augenzwinkern

aber physikalisch sehen wir das vermutlich genau gleich ...
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 26. Okt 2012 09:46    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:
Im zweiten Fall steht 'X' für die Photokathode als ganzes; damit lässt sich Energie- und Impulserhaltung zeigen, und nur darum ging es mir.


Da hast Du natürlich Recht und es ging mir auch gar nicht darum, das anzuzweifeln.

Auf mich hat der Fragesteller mit dem, was er geschrieben und wie er formuliert hat, den Eindruck gemacht, als wolle er das einzelne Photon nachverfolgen über die einzelnen Streu- oder gar Absorptionsvorgänge ähnlich wie man einen Billardball nachverfolgen kann. Und genau darauf hat meine Antwort abgezielt. Ich wollte diesem Bild entgegenwirken, da dieses Bild nicht zutrifft.
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 26. Okt 2012 09:47    Titel: Re: Verständnisproblem: Photoelektrischer<=> Compton-E Antworten mit Zitat

jh8979 hat Folgendes geschrieben:
aber physikalisch sehen wir das vermutlich genau gleich ...

Ja, das denke ich auch smile
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Okt 2012 12:30    Titel: Antworten mit Zitat

jetzt warten wir mal, ob er/sie sich wieder meldet ...
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
r4thmast3r



Anmeldungsdatum: 13.03.2011
Beiträge: 3

Beitrag r4thmast3r Verfasst am: 26. Okt 2012 17:48    Titel: Antworten mit Zitat

TomS hat Folgendes geschrieben:

Auf mich hat der Fragesteller mit dem, was er geschrieben und wie er formuliert hat, den Eindruck gemacht, als wolle er das einzelne Photon nachverfolgen über die einzelnen Streu- oder gar Absorptionsvorgänge ähnlich wie man einen Billardball nachverfolgen kann.

Hatte ich auch erst so angenommen, ohne groß darüber nachzudenken. Von daher waren deine Einwände völlig angebracht.

Mir ist auch nun alles etwas klarer geworden.
Der Compton Effekt kann NUR an freien Elektronen stattfinden? Also nicht an in Festkörpern gebundenen?
Uriezzo



Anmeldungsdatum: 15.09.2011
Beiträge: 281
Wohnort: Großostheim

Beitrag Uriezzo Verfasst am: 26. Okt 2012 20:12    Titel: Antworten mit Zitat

Experimentell verwendet man meines Wissens meist Festkörper als Streuobjkte, um den Comptoneffekt nachzuweisen (z.B. Graphit). Die Elektronen sind damit also nicht frei, können aber wohl annähernd als frei ("quasifrei") betrachtet werden (Graphit z.B. ist parallel zu den Kohlenstoffschichten elektrisch leitend). Als Photonenquelle werden nicht selten Gammastrahler (also hochenergetische Photonen) benutzt.
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 14064

Beitrag TomS Verfasst am: 26. Okt 2012 20:30    Titel: Antworten mit Zitat

Grundsätzlich muss für den Energieübertrag mittels Comptoneffekt ein Zielzustand geeigneter Energie zur Verfügung stehen, d.h. es muss mindestens die Ionisierungsenergie aufgebracht werden, so dass ein Kontinuum von Zielzuständen existiert. Aber vernünftigerweise geht man von quasi-freien Elektronen aus, so wie Uriezzo sagt
_________________
Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.
Neue Frage »
Antworten »
    Foren-Übersicht -> Quantenphysik