Photoelektrischer Effekt: Erklärung Und Anwendungen

{h1}

Der photoelektrische effekt bezieht sich darauf, was passiert, wenn elektronen von einem material emittiert werden, das elektromagnetische strahlung absorbiert hat.

Der photoelektrische Effekt bezieht sich darauf, was passiert, wenn Elektronen von einem Material emittiert werden, das elektromagnetische Strahlung absorbiert hat. Der Physiker Albert Einstein war der erste, der die Wirkung vollständig beschrieb und erhielt für seine Arbeit einen Nobelpreis.

Was ist der photoelektrische Effekt?

Licht mit Energie oberhalb eines bestimmten Punktes kann verwendet werden, um Elektronen zu lösen, so dass sie von einer festen Metalloberfläche befreit werden, so Scientific American. Jedes Lichtteilchen, Photon genannt, kollidiert mit einem Elektron und nutzt einen Teil seiner Energie, um das Elektron zu entfernen. Der Rest der Energie des Photons wird in die freie negative Ladung übertragen, die als Photoelektron bezeichnet wird.

Zu verstehen, wie dies funktioniert, revolutionierte die moderne Physik. Anwendungen des photoelektrischen Effekts brachten uns Türöffner mit elektrischem Auge, Lichtmesser für die Fotografie, Sonnenkollektoren und Fotostaten.

Entdeckung

Vor Einstein war der Effekt von Wissenschaftlern beobachtet worden, aber sie waren durch das Verhalten verwirrt, weil sie die Natur des Lichts nicht vollständig verstanden haben. In den späten 1800er Jahren stellten die Physiker James Clerk Maxwell in Schottland und Hendrik Lorentz in den Niederlanden fest, dass Licht sich scheinbar als Welle verhält. Dies wurde durch die Beobachtung bewiesen, wie Lichtwellen Interferenz, Beugung und Streuung zeigen, die für alle Arten von Wellen (einschließlich Wellen im Wasser) üblich ist.

Einsteins Argument von 1905, Licht könne sich auch als Teilchensatz verhalten, war revolutionär, weil es nicht zur klassischen Theorie der elektromagnetischen Strahlung passte. Andere Wissenschaftler hatten die Theorie bereits vor ihm postuliert, aber Einstein war der erste, der sich eingehend mit den Ursachen des Phänomens beschäftigte - und den Auswirkungen.

Zum Beispiel sah Heinrich Hertz aus Deutschland 1887 als erster den photoelektrischen Effekt. Er entdeckte, dass er, wenn er ultraviolettes Licht auf Metallelektroden strahlte, die Spannung senkte, um einen Funken hinter den Elektroden zu bewegen, so der englische Astronom David Darling.

1899 in England, J.J. Thompson zeigte, dass ultraviolettes Licht, das auf eine Metalloberfläche trifft, den Ausstoß von Elektronen verursacht. Eine quantitative Messung des photoelektrischen Effekts erfolgte 1902 mit Arbeiten von Philipp Lenard (einem ehemaligen Assistenten von Hertz). Es war klar, dass Licht elektrische Eigenschaften hatte, aber was vor sich ging, war unklar.

Laut Einstein besteht Licht aus kleinen Paketen, zuerst Quanten und später Photonen genannt. Wie sich Quanten unter dem photoelektrischen Effekt verhalten, kann durch ein Gedankenexperiment verstanden werden. Stellen Sie sich einen Marmor vor, der sich in einem Brunnen befindet, der wie ein an ein Atom gebundenes Elektron wäre. Wenn ein Photon hereinkommt, trifft es auf den Marmor (oder Elektron) und gibt ihm genug Energie, um aus dem Brunnen zu entkommen. Dies erklärt das Verhalten von leicht auftreffenden Metalloberflächen.

Während Einstein, damals ein junger Patentanwalt in der Schweiz, das Phänomen 1905 erklärte, dauerte es 16 weitere Jahre, bis der Nobelpreis für seine Arbeit vergeben wurde. Dies geschah, nachdem der amerikanische Physiker Robert Millikan die Arbeit nicht nur verifiziert hatte, sondern auch eine Beziehung zwischen einer von Einsteins Konstanten und der Planckschen Konstante gefunden hatte. Die letztgenannte Konstante beschreibt, wie sich Teilchen und Wellen in der atomaren Welt verhalten.

Weitere frühe theoretische Studien zum photoelektrischen Effekt wurden 1922 von Arthur Compton durchgeführt (der zeigte, dass Röntgenstrahlen auch als Photonen behandelt werden können und den Nobelpreis 1927 erhielten), sowie Ralph Howard Fowler (der sich den Blick auf die Beziehung zwischen Metalltemperaturen und photoelektrischen Strömen.)

Anwendungen

Während die Beschreibung des photoelektrischen Effekts sehr theoretisch klingt, gibt es viele praktische Anwendungen seiner Arbeit. Britannica beschreibt einige davon:

Photoelektrische Zellen wurden ursprünglich verwendet, um Licht zu detektieren, wobei eine Vakuumröhre mit einer Kathode verwendet wurde, um Elektronen zu emittieren, und eine Anode, um den resultierenden Strom zu sammeln. Diese "Phototubes" haben sich mittlerweile zu Halbleiter-basierten Photodioden entwickelt, die in Anwendungen wie Solarzellen und Glasfasertelekommunikation verwendet werden.

Fotovervielfacher-Röhren sind eine Variation der Fototube, aber sie haben mehrere Metallplatten, die Dynoden genannt werden. Elektronen werden freigesetzt, nachdem Licht auf die Kathoden fällt. Die Elektronen fallen dann auf die erste Dynode, wodurch mehr Elektronen freigesetzt werden, die auf die zweite Dynode fallen, dann auf die dritte, vierte und so weiter. Jede Dynode verstärkt den Strom; Nach etwa 10 Dynoden ist der Strom stark genug, damit die Photomultiplier sogar einzelne Photonen detektieren können. Beispiele hierfür werden in der Spektroskopie (die Licht in verschiedene Wellenlängen zerlegt, um beispielsweise mehr über die chemische Zusammensetzung eines Sterns zu erfahren) und computergestützte Axialtomographie-Scans (CAT-Scans) verwendet, die den Körper untersuchen.

Andere Anwendungen von Fotodioden und Fotovervielfachern umfassen:

  • Bildtechnologie, einschließlich (älterer) Fernsehkameraröhren oder Bildverstärker;
  • Untersuchung nuklearer Prozesse;
  • chemische Analyse von Materialien auf der Grundlage ihrer emittierten Elektronen;
  • theoretische Informationen darüber, wie Elektronen in Atomen zwischen verschiedenen Energiezuständen wechseln.

Die vielleicht wichtigste Anwendung des photoelektrischen Effekts war jedoch die Einstellung der Quantenrevolution

Wissenschaftlicher Amerikaner. Sie veranlassten die Physiker, auf völlig neue Art und Weise über das Wesen des Lichts und die Struktur der Atome nachzudenken.

Zusätzliche Ressourcen

  • Physik Hypertextbook: Photoelektrischer Effekt
  • Khan Academy: Photoelektrischer Effekt


Videoergänzungsan: Der Photoeffekt einfach erklärt ● Gehe auf SIMPLECLUB.DE/GO & werde #EinserSchüler.




Forschung


Molekül, Das Dem Ersten Leben Der Erde Einen Atemzug Gegeben Hat
Molekül, Das Dem Ersten Leben Der Erde Einen Atemzug Gegeben Hat

Neueste Mars Hoax: Foto Des Mars-Doppel-Sonnenuntergangs
Neueste Mars Hoax: Foto Des Mars-Doppel-Sonnenuntergangs

Wissenschaft Nachrichten


Zeitleiste Des Ersten Weltkriegs - #2
Zeitleiste Des Ersten Weltkriegs - #2

Fda Genehmigt Erste
Fda Genehmigt Erste "Digitale" Pille: Wie Funktioniert Das?

Gemeiner Schmetterling Ist Hybride Von Zwei Arten
Gemeiner Schmetterling Ist Hybride Von Zwei Arten

Satellit Spioniert Den Extremen Regen Des Tropischen Sturms
Satellit Spioniert Den Extremen Regen Des Tropischen Sturms

Seismische Geschichte: Das Tödliche Erdbeben In Mexico City 1985
Seismische Geschichte: Das Tödliche Erdbeben In Mexico City 1985


DE.WordsSideKick.com
Alle Rechte Vorbehalten!
Die Wiedergabe Von Irgendwelchen Materialien Erlaubt Nur Prostanovkoy Aktiven Link Zu Der Website DE.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DE.WordsSideKick.com