Der Photoeffekt Ein Vortrag von Markus Kehr im Rahmen des Hauptseminars „Schlüsselexperimente zur Quantenmechanik“ im WS 02/03

2. Historische Meilensteine 3. Lenards Experimente zum Photoeffekt Überblick Der Photoeffekt 1/17 1. Einführende Gedanken 2. Historische Meilensteine 3. Lenards Experimente zum Photoeffekt 4. Einsteinsche Lichtquantenhypothese 5. Abschätzung der klassischen Akkumulationszeit

Bedeutung des Lichts für die Menschheit Photosynthese Einführende Gedanken Der Photoeffekt 2/17 Bedeutung des Lichts für die Menschheit Photosynthese Energievorräte = gespeicherte Sonnenenergie Eigenschaften des Lichts

Historische Meilensteine Der Photoeffekt 3/17 Konkurrierende Vorstellungen über das Licht: Newton (1643-1727) vs. Huygen (1629-1695) Newtons Lichtteilchen, dualistische Auffassung vom Licht Huygens Wellentheorie

Historische Meilensteine (2) Interferenzversuch von Young (1773-1829) Der Photoeffekt 4/17 Interferenzversuch von Young (1773-1829) Doppelspaltexperiment Erklärungsproblem: Licht + Licht = Dunkel (?) Erklärung nur mit Wellenbild möglich Maxwell (1831-1879): Elektromagnetischer Charakter des Lichts

Qualitative Demonstration des Photoeffekts: Lenards Experimente Der Photoeffekt 5/17 Qualitative Demonstration des Photoeffekts:

Lenards Experimente (2) Der Photoeffekt 6/17 Quantitative Demonstration des Photoeffekts:

Lenards Experimente (3) Der Photoeffekt 7/17 Beobachtungen: Unterhalb einer gewissen Grenzfrequenz gibt es keinen Photostrom.

Lenards Experimente (4) Der Photoeffekt 8/17 Beobachtungen: Die Geschwindigkeitsverteilung der Elektronen hängt nicht von der Intensität des Lichts ab.

Lenards Experimente (5) Der Photoeffekt 9/17 Beobachtungen: Die Zahl der pro Zeiteinheit emittierten Elek- tronen ist proportional zur Intensität des Lichts.

Lichtquantenhypothese (1905) Der Photoeffekt 10/17 Einstein geht - ähnlich wie Planck - von thermodynamischen Betrachtungen aus Man darf dem Licht, jedenfalls was die darin steckende Energie angeht, keine kontinuier- liche Erfüllung des Raumes zuordnen Vielmehr liege eine „körnige“ Struktur vor

Lichtquantenhypothese (2) Der Photoeffekt 11/17 Erklärung des Photoeffekts:

Lichtquantenhypothese (3) Der Photoeffekt 12/17 Fraunhofer, Bohr, Franck und Hertz: Atome sind schwingungsfähige Gebilde mit charakteristischen Eigenfrequenzen Energie des abgelösten Elektrons:

Lichtquantenhypothese (4) Die dem Ionisierungsvorgang entsprechende Der Photoeffekt 13/17 Die dem Ionisierungsvorgang entsprechende Resonanzfrequenz des Atoms ergibt sich zu: Setzt man , so gelangt man zur Einstein-Gleichung

Mindestwert der klassischen Akkumulationszeit: Der Photoeffekt 14/17 Mindestwert der klassischen Akkumulationszeit: j = Photonenstromdichte F = Atomarer Querschnitt Beispiel: Sonnenlicht

Photoeffekt im menschlichen Auge: Reizschwelle menschliches Auge Akkumulationszeit (2) Der Photoeffekt 15/17 Photoeffekt im menschlichen Auge: Reizschwelle menschliches Auge Dies entspricht Rechnet man mit so würde es über drei Jahre dauern, bis Photoelektronen nachweisbar wären. Daraus folgt, dass die klassische Vorstellung vom Licht hier versagt.

Der Photoeffekt ist also nur erklärbar, wenn Zusammenfassung Der Photoeffekt 16/17 Der Photoeffekt ist also nur erklärbar, wenn wenn man dem Licht Teilchennatur zuschreibt. Andererseits lassen sich Erscheinungen wie beispielsweise Interferenz nur mit einer Wellenvorstellung vom Licht deuten. .

2. Haken-Wolf : Atom und Quantenphysik 3. Paul Tipler : Physik Literatur Der Photoeffekt 17/17 1. Harry Paul : Photonen 2. Haken-Wolf : Atom und Quantenphysik 3. Paul Tipler : Physik 4. Gerthsen : Physik