P 55: Einsteins berühmte Formel, aktualisiert 11.11.

Ich meine nicht Einsteins berühmteste Formel: E = m*c²...die kennt wirklich jeder und versteht fast niemand...(Masse ist eine Form der Energie)

Ich meine Einsteins zweitberühmteste Formel, für die er den Nobelpreis bekommen hat..die kennt fast niemand, nur Jugendliche, die einen Oberstufenphysikkurs besuchen, müssen mit ihr arbeiten... 

8.7 Einsteins Formel zum Photoeffekt

8.7.1: Alles oder nichts...

Wir haben bisher die folgende Idee von Einstein übernommen:

Licht besteht aus Energiepaketen (Photonen). Ihre Wirkung ist ein Vielfaches von h, die Vervielfachung wird durch die Frequenz (von was eigentlich ist das eine Frequenz????) geregelt.

Die Welle ist verschwunden, die brauchen wir vorläufig nicht...mal sehen, ob wir sie später irgendwo wieder ausgraben und integrieren können.

Wir arbeiten ausschließlich mit dem Photonenmodell, das dummerweise manchmal auch als Teilchenmodell des Lichtes beschrieben wird.

Wir werden bald sehen, dass Photonen keine Teilchen sein können...es sind Quanten, das ist was ganz anderes...

 Wie alles abläuft:

Der Prozess der Auslösung der Elektronen aus dem Metall sieht wie folgt aus:

 Ein Photon mit der Energie E kommt mit Lichtgeschwindigkeit angeflogen. Es tritt in Wechselwirkung mit dem Elektron (wir werden später sehen, warum) und überträgt seine gesamte Energie dem Elektron.

Stop!

Das ist nicht ganz richig...dieser Übertragungsprozess findet nur statt, wenn das Elektron mti dieser Energie was anfangen kann...Fragt nicht wieso, das ist bei Quanten so üblich...

Kann das Elektron mit dieser Energie nichts anfangen, dann bemerkt das Photon das Elektron nicht und fliegt einfach weiter....

 was bedeutet "das Elektron kann was mit der Energie anfangen..."?

Nun, die frei beweglichen Elektronen in einem Metall können nur eines: drinbleiben oder rausfliegen...

Rausfliegen kostet Energie (denkt an die Raketen...).

Und genau das ist das Kriterium!

Reicht die Energie des Photons aus, das Elektron aus dem Metall zu befreien, d.h. die Austrittsarbeit zu verrichten, so wechselwirken die beiden und das Elektron nimmt alles...nicht nur die Austrittsarbeitsenergie...entweder alles oder nichts...Quanten teilen nicht!

Nehmen wir nun genau den Fall an.

 Dann gibt das Photon seine gesamte Energie an das Elektron und verschwindet...

Photonen ohne Energie gibt es nämlich nicht...

Das Elektron nimmt nun die Austrittsarbeit Wa von dert Photonenenergie und verlässt das Metall (wie werden wir bald sehen...) mit der restlichen Energie.

Bleibt noch Energie übrig, so nutzt das Elektron diesen Rest als Bewegungsenergie Wkin.

Das ist Einsteins zweitberühmteste Gleichung:

E = Wa + Wkin 

bzw. wenn wir E ersetzen durch die Photonenenergiegleichung:

h*f = Wkin + Wa  (so herum ist es üblich....).

Das war für Einstein so logisch, dass er wusste, dass es richtig war und er eine bedeutende Entdeckung gemacht hat...

Ich denke, dass könnt ihr nachvollziehen..

 denn: Hier steht nichts anderes als der Energieerhaltungssatz:

Die Photonenenergie h*f wird aufgeteilt in die Energie für den Austritt des Elektrons und die Bewegungsenergie.

.

Einstein hat das in §8 seiner Veröffentlichung   Ueber einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt dargestellt.

Einfach nur nehmen, wenn es passt, raus und mit dem was übrig bleibt losziehen..., das ist das Lebensmotte eines Photoelektrons

Aber wie kann man das überprüfen?

Das hat Millican 6 Jahre später gemacht...er hat die kinetische Energie der austretenden Elektronen (wir nennen sie jetzt Photoelektronen) gemessen...

Und wie misst man die kinetische Energie von Elektronen?

Haben wir in Q1 gehabt...mit einer Spannung...da kommen die Elektronenvolt eV her....

Versteht ihr jetzt, warum Abituraufgabenmacher/innen den Photoeffekt über alles lieben....