Photoeffekt und Lichtquanten

Was sie zeigt

Der Photoeffekt zeigt, dass Licht Energie in Portionen überträgt, den Photonen. Jedes Photon hat die Energie E = hf = hc/λ und kann ein Elektron nur herauslösen, wenn diese Energie mindestens der Austrittsarbeit φ des Metalls entspricht. Die maximale kinetische Energie der Elektronen ist Ek(max) = hf − φ; sie hängt also von der Frequenz des Lichts ab, nicht von seiner Intensität. Unterhalb der Grenzfrequenz f₀ = φ/h, also oberhalb der Grenzwellenlänge λ₀ = hc/φ, tritt kein Elektron aus, egal wie hell das Licht ist; das klassische Wellenmodell kann das nicht erklären.

So funktioniert es

Wählen Sie das Kathodenmetall und verschieben Sie Wellenlänge des Lichts langsam von Rot in Richtung Ultraviolett; notieren Sie, wo die ersten Elektronen austreten, und vergleichen Sie mit λ₀ in der Anzeige. Halten Sie dann die Wellenlänge fest und ändern Sie die Lichtintensität: Ändert sich die Zahl der Elektronen oder ihre Energie? Wiederholen Sie schließlich mit einem anderen Metall und vergleichen Sie die Geraden Ek(max) über der Frequenz: gleiche Steigung, anderer Schnittpunkt mit der Frequenzachse.

Einstellbare Parameter

• Kathodenmetall Caesium (φ = 2,14 eV), Natrium (φ = 2,28 eV), Zink (φ = 4,30 eV), Kupfer (φ = 4,70 eV)
• Wellenlänge des Lichts 150–700 nm
• Lichtintensität 10–100 %

Fragen zum Erkunden

1. Warum löst eine höhere Intensität des roten Lichts keine Elektronen aus Natrium heraus?
2. Welche Eigenschaft des Ek(max)-Frequenz-Diagramms ändert sich beim Wechsel des Metalls, und welche bleibt gleich?
3. Wie groß ist die Grenzwellenlänge von Zink bei einer Austrittsarbeit von 4,30 eV, und bestätigt die Simulation das?