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Photoeffekt und kinetische Energie der Elektronen
 
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Bulova



Anmeldungsdatum: 17.01.2024
Beiträge: 6

Beitrag Bulova Verfasst am: 12. Feb 2024 11:26    Titel: Photoeffekt und kinetische Energie der Elektronen Antworten mit Zitat

Hallo,
zum Photoeffekt habe ich eine Frage. Wenn Lichtquanten einer bestimmten Frequenz (bzw. einer bestimmten Energie) auf Kathodenmaterial treffen, werden ja u. U. Elektronen freigesetzt, wenn die Energie über der der Auslösearbeit liegt. So weit, so gut. Die kinetische Energie der Elektronen müsste dann aber um diese Auslösearbeit geringer sein. Wenn die Elektronen jetzt weiter unter Photonenbeschuss stehen, könnten doch eigentlich die Elektronen auch eine höhere kinetische Energie annehmen als die Energie der Lichtquanten. Oder wenn sie öfter getroffen werden, wäre es doch eigentlich anzunehmen, dass sie sich energetisch noch weiter "aufladen". In der Realität ist das aber nicht so, die Elektronen können maximal die Energie der Lichtquanten aufnehmen, mehr nicht. Wahrscheinlich denke ich da zu klassisch.
Die Gedanken kamen mir, weil man ja mit einer Vakuum-Photozelle durch Beschuss mit monochromatischem Licht und einer definierten Gegenspannung den Photostrom auf null absenken kann. Diese Gegenspannung U ergibt dann die Energie der Elektronen U*e. Bei bekannter Frequenz des Lichts lässt sich dann auch das Planck'sche Wirkungsquantum bestimmen bzw. umgekehrt bei bekanntem Wirkungsquantum die Frequenz des Lichts.

Viele Grüße
Dieter Stotz
Bulova



Anmeldungsdatum: 17.01.2024
Beiträge: 6

Beitrag Bulova Verfasst am: 13. Feb 2024 09:33    Titel: Re: Photoeffekt und kinetische Energie der Elektronen Antworten mit Zitat

Hallo,

was mir bis jetzt klar ist:

Die schnellsten Elektronen, die durch den Photoeffekt aus der Kathode herausgelöst werden, haben die kinetische Energie:



Bremst man diese durch eine Gegenspannung zw. Kathode und Anode ab, so kommen keine Elektronen mehr an der Anode an.

Man muss also setzen:



Hat man zwei verschiedene Frequenzen, so ist die Geradengleichung definiert, aus deren Steigung sich dann h und aus deren Ordinatenabschnitt sich die Auslösearbeit des Kathodenmaterials ergibt.

Bis hierhin gibt das Internet gut Auskunft. Aber ich habe noch offene Fragen:

(a) Wodurch gibt es auch langsamere Elektronen? (Denn bei Steigerung der Gegenspannung nimmt der Strom kontinuierlich ab und nicht abrupt.) Entstehen niedrigere kinetische Energien durch gegenseitige Beeinflussung?

(b) Könnten nicht auch schnellere Elektronen entstehen durch mehrfache Abgabe von Photonenimpulsen?


Viele Grüße

Dieter
willyengland



Anmeldungsdatum: 01.05.2016
Beiträge: 676

Beitrag willyengland Verfasst am: 13. Feb 2024 13:35    Titel: Antworten mit Zitat

Evtl. hat es damit zu tun, dass Elektronen auch schräg austreten können und die Bremsspannung nur Einfluss auf den senkrechten Teil hat?
Hinzu kommt, dass wahrscheinlich die Elektronen im Material nicht alle die exakt gleiche Grundenergie haben, sondern eine Verteilung vorliegt.

_________________
Gruß Willy
Bulova



Anmeldungsdatum: 17.01.2024
Beiträge: 6

Beitrag Bulova Verfasst am: 14. Feb 2024 15:54    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Willy,

willyengland hat Folgendes geschrieben:
Evtl. hat es damit zu tun, dass Elektronen auch schräg austreten können und die Bremsspannung nur Einfluss auf den senkrechten Teil hat?

interessante Idee. Jedoch wird es eigentlich ausschließlich um die Durchquerung des Potentialunterschieds gehen, unabhängig von der Art und Richtung des Weges.

willyengland hat Folgendes geschrieben:

Hinzu kommt, dass wahrscheinlich die Elektronen im Material nicht alle die exakt gleiche Grundenergie haben, sondern eine Verteilung vorliegt.

Ja, das könnte durchaus sein. Ich glaube (weiß es jedoch nicht sicher), dass die freien Elektronen nicht ganz frei sind, sondern nochmals getroffen werden von Lichtquanten, diese Energie jedoch nicht ganz aufnehmen können, sondern wiederum Lichtquanten geringerer Energie durch den Compton-Effekt abgeben. Diese geringere Energie hängt vom Winkel des einfallenden Photons ab. Das habe ich auch in der Wikipedia gefunden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Compton-Effekt

Ich muss aber auch die Gleichung von oben berichtigen und auch die gemachte Behauptung, man könne damit die Kathoden-Austrittsarbeit bestimmen. In Wirklichkeit ist die Sache komplizierter, denn man muss auch die Kontaktspannung mit einbeziehen. Und de facto ist dann im Achsenabschnitt nicht die Kathoden-Austrittsarbeit bestimmbar, sondern die Anoden-Austrittsarbeit. Siehe hier:

https://teaching.astro.uni-koeln.de/sites/default/files/praktikum_b/Anleitung_1.4.pdf

Die Gleichung gilt nach wie vor:



Diese Spannung misst man jedoch nicht, denn in Wirklichkeit muss von dieser Spannung die sog. Kontaktspannung subtrahiert werden, damit sich die nach außen messbare Spannung ergibt:



Das Planck'sche Wirkungsquantum ergibt sich nach wie vor als Steigung aus der Geradengleichung, wenn man für zwei verschiedene Frequenzen die Spannungen gemessen hat. Aber der Ordinaten-Abschnitt stellt nicht die Austrittsarbeit der Kathode dar, sondern diejenige der Anode.

Leider sieht man sehr häufig Versuchsbeschreibungen und Erklärungen, in denen das mit der Kontaktspannung fehlt und vermeintlich die Kathoden-Austrittsarbeit bestimmt werden kann.

Ich hoffe, ich habe jetzt alles korrekt zusammengebracht.

Viele Grüße

Dieter
Lorz



Anmeldungsdatum: 18.09.2014
Beiträge: 74

Beitrag Lorz Verfasst am: 06. März 2024 23:00    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Dieter,

das ist EXAKT die gleiche Frage, die ich mir damals auch gestellt habe, als ich das Thema zum ersten Mal unterrichtet habe. Und die meisten Erläuterungen bleiben die Antwort auf Deine Frage schuldig.
Ich habe mir das damals mit der Impulsrichtung erklärt, die Photonen und die abgelösten Elektronen fliegen ja auf einander zu. Wenn es eine Wechselwirkung gibt, so sollten die Elektronen durch diesen Strahlungsdruck als eher verlangsamt werden.
Aber wie es wirklich ist, das weiß ich nicht. Ich schaue mir mal Deine Links an...
TomS
Moderator


Anmeldungsdatum: 20.03.2009
Beiträge: 17973

Beitrag TomS Verfasst am: 07. März 2024 06:30    Titel: Antworten mit Zitat

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