Emittieren von Elektronen

Zirkus · Gast

Meine Frage:
Weshalb verlassen die Leitungselektronen ein Metall nicht, obwohl sie sich innerhalb des Metalls frei bewegen können?
Beschreiben Sie zwei Arten, wie man dennoch Elektronen emittieren kann. Welche minimale Energie ist dazu nötig?

Meine Ideen:
So erstmal meine Gedanken.

1. Könnte es sein, dass dies mit den Anziehungskräften der posetiven Kerne auf die Elektronen zusammenhägt ?

2. Da würde mir nun eine Elektronenröhre und eine Glühkatode einfallen.

3. Dort weiß ich leider nicht weiter. Es muss aber wohl ne Formel mit Naturkonstanten sein, da in der Aufgabe nichts gegeben ist.

Ich hoffe ihr könnt mir helfen und mir die Antworten erklären smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18076

Ja, die Elektronen sind durch das von den positiv geladenen Atomkernen erzeugte Potential in einem Potentialtopf gebunden. Der oberste besetzte Zustand liegt dabei unterhalb der Kante des Potentialtopfes.

Insbs. ist wohl der photoelektrische Effekt gemeint. Dieser wird durch zwei Größen charakterisiert: das universelle Plancksche Wirkungsquantum sowie die materialspezifische Austrittsarbeit.

Zirkus · Gast

Super, damit ist 1. und 2. beantwortet.

Ich habe selber leider noch keinen Ansatz für drei gefunden unglücklich

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

TomS hat doch den Photoelektrischen Effekt erwähnt. Das war zu der dritten gedacht!

Gruß
Marco

Zirkus · Gast

Mhh, da gilt dann ja:

E = h * f

wenn E minimal sein soll und Elektronen aus dem Metall emittieren sollen, muss f ja die Grenzfrequenz sein. Aber das kann doch nicht die Antwort sein.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Es ist immer eine "Auslösearbeit" nötig und die hängt, wie TomS schon erwähnte, vom jeweiligen Metall ab. Es gibt da sicher irgendwie eine Tabelle im Netz, schätze ich.

Gruß
Marco

Zirkus · Gast

Ja, das kenne ich.

Nur ist in der Aufgabe nunmal von keinem bestimmten Material die Rede, was mich halt verwirrt hat.

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5786 Wohnort: Heidelberg

Ich würde als Antwort einfach schreiben: "Die Materialspezifische Austrittsarbeit". Es ist da mE auch nicht unbedingt nach einem konkreten Zahlenwert gefragt, oder? Die ersten Teilaufgaben waren ja auch eher so "Schwafel-Aufgaben"... Big Laugh

Aber wer weiß, was der Aufgabensteller da jetzt genau hören wollte. Fakt ist: Wenn man kein konkretest Material kennt, dann kann man auch keinen konkreten Wert für die Austrittsarbeit nennen.
Es könnte höchstens noch sein, dass erklärt werden soll, woher diese kommt (rein qualitativ dann wieder).
Dazu denke ich auch, dass die erste Teilaufgabe nicht als ausreichend beantwortet gesehen wird. Die Antwort ist zwar richtig, aber die Frage ist ja so formuliert, dass man das "Nicht-verlassen-können" im Kontrast zu "Elektron ist frei beweglich innerhalb des Leiters" erklären soll. Sprich: Ein Elektron ist zwar nicht ein einen konkreten Atomkern gebunden, es kann sich ja frei durch das Gitter bewegen bzw. man spricht ja von "freien Ladungsträgern" im Leiter, trotzdem sind sie aber nicht so frei, dass sie sogar aus dem Metall raus könnten. Letztlich kann man sagen, dass sie eben nicht im Potential eines einzigen Atomkerns gebunden sind (die meisten Elektronen in einem solchen Leiter sind das übrigens. Nur ein kleiner Anteil ist frei beweglich!), sondern an das Potential des kompletten Kristallgitters.
Dazu könnte man jetzt aber einerseits auch wieder ganze Bücher schreiben, wie sich so ein periodisches Potential auf die Elektronen auswirkt, etc, oder andererseits ein einem Satz schreiben, dass das Gitter der Leiteratome eben ein Potential hat und die Elektronen daran binden.
Ich weiß einfach nicht, was genau der gute Aufgabensteller denn jetzt konkret hören will...

Gruß
Marco

Zirkus · Gast

Erstmal vielen Dank smile

Dann haben wir beide das gleiche Problem. Die Physiker wollen zwar immer genau sein, aber selber stellen sie solche schwammigen Aufgaben, die man entweder kurz beantworten kann oder eben ganze Bücher für sowas bröchte. Ich habe jetzt jedenfals die Antworten auf die Fragen verstanden. Das hat mir sehr geholfen smile