Photoeffekt und freie Elektronen

anonymous3525233 · Gast

Meine Frage:
Weshalb funktioniert der Photoeffekt nicht mit freien Elektronen und lediglich mit festen, also wieso wird ein Photon auch gestreut an einem freien und wieso findet lediglich nur eine komplette Aufnahme der Energie statt?

Meine Ideen:
wegen Energieverlust durch die nicht vollständige Übertragung der Energie des Photons

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Stelle doch mal die Gleichungen für Energie- und Impulserhaltung für den hypothetischen Photoeffekt an freien Elektronen auf.

anonymous3525233 · Gast

Sind das dann nicht die gleichen wie für den Compton-Effekt?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Verwandt, aber nicht gleich.

Der Compton-Effekt entspricht dem Streuprozess

Der Photoeffekt an freien Elektronen ohne Photon im Endzustand wäre

Dieser Prozess ist verboten, das kannst du leicht zeigen.

Der Photoeffekt an in einem Festkörper X gebundenden Elektronen ohne Photon im Endzustand ist dagegen

anonymous3525233 · Gast

Ist verboten, weil die Energieerhaltung (Impuls) verletzt wird oder werden hierfür Formeln benötigt oder reicht es argumentativ zu begründen

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Wenn ich der Lehrer oder Tutor wäre, hätte ich gerne eine kurze Rechnung gesehen.

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5888

Dass das nicht funktionieren kann, sieht man auch anschaulich im Schwerpunktsystem. Im Gegensatz z.B. zu einem Atomkern kann ein freies Elektron auch nicht in einen angeregten Zustand übergehen.

anonymous3525233 · Gast

Welche Art von Gleichungen kann man hier anwenden zur Begründung dessen, steh grade auf dem Schlauch

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5888

Ich weiss nicht, ob ich das schreiben soll, da TomS das alles 1000 mal besser und präziser weiss und erklären kann. Aber Du könntest die relativistische Gesamtenergie betrachten vor und nach einer hypothetischen Absorption, entweder im System, wo das Elektron vorher ruht, oder im Schwerpunktsystem.

anonymous3525233 · Gast

Wie zeigt dann das Resultat, was darauf schließen lässt, dass es nicht möglich ist an freien Elektronen?

Soweit die Bilanz und welche Formeln setze ich nun ein?

Myon · Anmeldungsdatum: 04.12.2013 Beiträge: 5888

Wenn Du die Energie des Photons noch schreibst als

siehst Du, dass die Gleichung nicht aufgehen kann.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Man kann auch vom Ergebnis für den Compton-Effekt ausgehen und das auslaufende Elektron aus diesen herausnehmen.

anonymous3525234 · Gast

Wie ist es eigentlich mit Antimatiere Photonen, gibt es das überhaupt google meint ja bei der Materie Antimaterie Reaktien würden Photonen frei aber sind Photonen dann immer Materie oder einfach nur Energie und sowas wie Antiengergie gibt es garnicht? Bin verwirrt ...

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Zunächst mal zur Lösung der Aufgabe: im Ruhesystem des Elektrons trägt vor dem Stoß das Photon den Impuls p, nach dem Stoß bzw. der Absorption das Elektron. Für die Gesamtenergie gilt demnach (ich setze c=1)

Nach dem Quadrieren erhält man

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

anonymous3525233 · Gast

D.h. bei 2mp=0 geht nur p=0, das würde aber heißen fände gar kein Stoß statt, weil sich das Photon gar nicht bewegt auf das Elektron?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18110

Sozusagen, ja.