innerer Fotoeffekt - h-Bestimmung mit LED - Verständnisfrage

Mic · Gast

Meine Frage:
Ich habe eine Verständnisfrage zum inneren Fotoeffekt, der z.B. bei der h-Bestimmung mit Hilfe einer LED auftaucht.

Für die Energie eines Photons gilt ja

.

Diese Energie wir aber ja von außen in Form von elektrischer Energie zu, indem wir eine Spannung anlegen. Also gilt für die Energie auch

.

Relevant für die in Lichtenergie umgesetzte elektrische Energie ist aber nur die elektrische Energie bezogen auf die Schwellspannung

der LED.

Also gilt

. Diese Gleichung ist auch offenbar richtig, da sich ja sonst die Farbe des Lichts verändern würde.

Mein Problem ist aber: Ich kann ja durchaus eine höhere Spannung an die LED anlegen. Also angenommen bei meiner blauen LED ist die Schwellspannung

, dann kann ich ja auch locker

an die LED anlegen.

(Aufgebaut wird natürlich mit Vorwiderstand, aber trotzdem liegen doch mehr als

an der LED an.)

Meine Ideen:
Meine einzige Idee bisher ist es, dass die zusätzliche Energie in Form von Wärme umgesetzt wird, aber das finde ich noch recht unzufriedenstellend.

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1547

Mess mal die Spannung an der LED, bei verschiedenen Eingangsspannungen. Schau Dir die Kennlinien an.

https://www.leifiphysik.de/elektronik/halbleiterdiode/versuche/kennlinien-von-leuchtdioden

Auch mal den Begriff Zenereffekt nachschlagen, und damit vergleichen.

Mic · Gast

Vielen Dank für deine Antwort.

Leider hilft mir die Kennlinie der LED nicht. Auch dort ist ja zu sehen, dass höhere Spannungen als die Schwellspannung möglich sind.

Und der Uebereffekt beschäftigt sich mit dem Stromfluss in Sperrrichtung, die aber ja in diesem Fall gar nicht betrachtet wird.

Mic · Gast

*Zenereffekt, Verzeihung.

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1547

Nur mit Effekt, das eine LED in Durchlassrichtung wie eine Zenerdiode in Sperrrichtung arbeitet. Die Spannung ändert sich kaum nachdem Licht erzeugt wird.

Mic · Gast

Mir ist klar, dass nicht plötzlich 20+V an der LED anliegen.

Aber ich messe doch, dass dann 3,5V statt 2,5V an der LED anliegen.

Was passiert mit der zusätzlichen Energie von 1eV?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1547

Man hat eine Reihenschaltung von einem Vorwiderstand und der LED.
Man legt eine Spannung an diese Reihenschaltung, nicht an die LED selbst, die würde ab 2,5 V sonst aufgeraucht.

Jetzt erhöht man die Spannung und stellt fest, dass bei ca. 2,5 V das Maximum (Knick in der Kennlinie) erreicht wird der Rest fällt bei weiterer Erhöhung am Vorwiderstand ab, so wirkt auch eine Zenerdiode, die es für verschiedenste Spannungen gibt. Da also die Spannung an der Diode selbst unwesentlich steigt, wird bei Überspannung die Energie über den Vorwiderstand verbraten.

Mic · Gast

Noch einmal vielen lieben Dank @Nobby1.

Leider habe ich es aber immer noch nicht ganz verstanden.

Ja, ich baue den Versuch mit einem Vorwiderstand und einer blauen LED auf, aber ich messe dann doch z.B. auch beim Versuch zur Kennlinie nur die Spannung über der LED und kann doch messen, dass dort mehr Spannung als die Schwellspannung anliegt.

Also ich nehme bspw. ein 12V Netzteil und erhöhe langsam die Spannung. Dann liegen irgendwann auch tatsächlich 2,5V an der LED an und sie leuchtet.

Aber wenn ich die Spannung dann noch weiter erhöhe, steigt auch die Spannung an der LED weiter an - wenn auch nicht extrem. Aber am Ende liegen dann z.B. 3,5V an der LED an. Trotzdem werden dann von der elektrischen Energie nur die 2,5eV in Licht umgewandelt. Wenn sich noch mehr elektrische Energie in Licht umwandeln würde, wäre das Licht doch noch kurzwelliger.

Auch du sagst ja, dass die Spannung an der LED "unwesentlich steigt" - aber auch das würde ja einer Erhöhung der Energie gleichkommen. Wo bleibt diese Energie?

Nobby1 · Anmeldungsdatum: 19.08.2019 Beiträge: 1547

Auch der Halbleiter hat einen Widerstand und wird bei Spannungserhöhung einen höheren Strom ziehen, dadurch wird er warm. Überschüssige Energie wird in Wärme gewandelt.
Und der Knick der Kennlinie ist fliessend, also bei 2,5 V ist noch nicht Schluss und bei 2,6 V geht es mit dem Vorwiderstand weiter. Es wird mehr Licht emittiert die LED wird heller.

Mic · Gast

Vielen Dank dir!

Also hatte ich mit meiner Ausgangsidee ja schon recht, es ist tatsächlich Wärme...