Welcher Strom fließt in der Photozelle?

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Hallo, ich habe mich hier angemeldet, weil ich bei einer Aufgabe einfach nicht weiter komme.
Ich kenne zwar diverse Formeln, weiß aber nicht, welche ich hier wie anwenden muss. Ein kleiner Denkanstoß wäre nun genau das richtige.

Es geht darum, dass Licht mit der Lichtleistung 95 mW auf eine Photozelle trifft. Die Aufgabe lautet nun:
Berechne den Strom, der in der Photozelle fließt. Gehe davon aus, dass die Quantenausbeute im Mittel 1 Elektron auf 4,0 * 10^7 einfallende Photonen beträgt.
Austrittsarbeit der Photoschicht (Kalium): A = 2,25 eV

Ich mus wohl berechnen, wie viele Photonen die Photozelle erreichen, um dadurch die Anzahl der ausgelösten Elektronen zu berechnen. Aber wie ich von dort dann auf den Strom komme, ist mir noch schleierhaft.

Möchte nun natürlich nicht die komplette Antwort haben, aber ein Schubs in die richtige Richtung wäre toll, vielen Dank.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hm, ich glaube, da brauchst du eine Annahme oder eine Abschätzung dafür, wieviel Energie ein Photon dieses Lichtes ungefähr haben soll.

Was hat denn Licht ungefähr im Mittel für eine Wellenlänge?

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Es ist Mischlicht, dessen Lichtleistung zu 50% aus Licht der Wellenlänge 656 nm, zu 35% aus Licht der Wellenlänge 486 nm und zu 15% aus Licht der Wellenlänge 434 nm besteht.

Die Lichtquelle ist 60 cm von der Photozelle entfernt, in der Mitte (also nach 30 cm) fällt das Licht durch eine Linse mit dem Durchmesser 6 cm.

Die Lampe hat dabei eine Lichtleistung von 40 W. Dass bei der Fotozelle 95 mW ankommen, habe ich schon in einer anderen Teilaufgabe berechnet.

Hab das sogar im Netz gefunden: http://www.roro-seiten.de/physik/ab/lk122_ab12_photonen.pdf
Aufgabe 5 (a und b hab ich schon)

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Tipp: Welche dieser Wellenlängen tragen denn dazu bei, dass Photoelektronen freigesetzt werden, und welche nicht?

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Aufgrund der Austrittsarbeit fällt die 656er schon mal raus, aber die anderen beiden haben mehr als 2,25 eV, sofern ich richtig gerechnet habe...

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Also musst du beim Bestimmen der Anzahl der Photonen, die Photoelektronen freisetzen können, diese Wellenlänge aus der Betrachtung herausrechnen.

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Aber du hattest ja hauptsächlich danach gefragt, wie du aus der Zahl der Photoelektronen pro Zeiteinheit den Photostrom bekommst.

Das ist nicht schwierig, denn der Photostrom ist ja einfach gleich der Ladung eines Elektrons mal der Anzahl der Photoelektronen pro Sekunde.

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Ja, das ist mir schon klar, nur wie bestimme ich die Anzahl der Photonen? Ich denke immer, dass es irgendwo eine Formel gab, die man nach n, also der Anzahl, freistellen konnte, aber ich finde diese nirgendwo. Vielleicht war das auch in einem anderen Themenblock.

Ich soll ja einen konkreten Wert für den Strom angeben, d.h. ich brauche existente Zahlen. Wollte vielleicht etwas mit der Intensität machen, aber die ist ja auch von der Zeit abhängig und die taucht ja in der Aufgabe gar nicht auf. Bin schier verzweifelt. Entweder ist diese Aufgabe sehr schwer oder ich habe ein dickes Brett vorm Kopf und komme nicht auf die Lösung, obwohl sie offensichtlich ist.

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, du kennst ja die Energie jedes Photos, und du weißt, wieviele Photonen von welcher Sorte in dem Licht mit drin sind. Und du kennst die gesamte Lichtleistung. Das alles musst du wohl vor allem sorgfältig aufschrieben und eine übersichtliche Bilanz machen.

Damit solltest du das eigentlich ausrechnen können, meinst du nicht auch?

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Ich versuche es mal...

Gesamtleistung: 0,095 Watt = 0,095 J/s

15% aller Photonen haben die Energie 2,857 eV

35% aller Photonen haben die Energie 2,551 eV

Die letzten 50% haben keinen Effekt.

15% von 0,095 J/s sind 0,01425 J/s. Teile ich dies durch den Joule-Wert der Energie der ersten Photonensorte (4,577*10^-19 J), ergibt sich:

3,113 * 10^16/s <-- so viele Photones des "ersten Typs" kommen also pro Sekunde an.

35% von 0,095 J/s sind 0,03325 J/s. Die Photonen der 2. Sorte haben eine Energie von 4,087 * 10^-19 J.

Es kommen dann 8,136 * 10^16 Photonen pro Sekunde an.

Insgesamt sind das dann 1,125 * 10^17 Photonen pro Sekunde. Mit dem Wert aus der Aufgabe ergibt sich, dass 2,812 * 10^9 Elektronen je Sekunde ausgelöst werden. Dies mit e multipliziert ergibt: 4,506 * 10^-10 Ampere.

Ist das richtig so?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Einverstanden smile

Nur die beiden folgenden Aussagen waren nicht richtig:

Josie · Anmeldungsdatum: 08.02.2007 Beiträge: 6

Oh ja, stimmt.

Vielen Dank für deine Hilfe smile

Nun habe ich eine Sorge weniger Tanzen