Physik: Photoeffekt!

Hallo!
Ich habe große Schwierigkeiten mit meinen Physik Aufgaben, und ich hoffe der ein oder andere kann mir behilflich sein. Ich werde die Aufgaben einfach hier stellen

"a) Erläutern Sie die Deutung des Photoeffekts nach Einstein und zeigen Sie, wie sich die aufgetretenen Widersprüche zur klassischen Wellenvorstellung lösen.

Eine Metallplatte wird mit Licht der Wellenlänge „Lambda“=405 nm beleuchtet. Es werden Photoelektronen der maximalen kinetischen Energier 0,81 eV frei gesetzt.

b)Welche Geschwindigkeit haben diese Elektronen?
c) Um welches Metall könnte es sich bei der Platte handeln?
d) Wie groß müsste die Wellenlänge des eingestrahlten LIchtes mindestens sein, damit Photoelektronen der doppelten Geschwindigkeit auftreten? "

Ich verzweifel echt daran, da ich nicht der begabteste in Physik bin :frowning: würde mich echt freuen wenn ihr mir helfen könntet!

Danke schonmal!

Hallo,
leider kann ich dir nicht helfen.

Schau doch mal im Internet unter dem Suchwort : Photoeffekt. Da gibt´s Tausend Erklärungen, z.B.:
http://www.elsenbruch.info/ph13_photoeffekt.htm
Ich denke, dort werden alle deine Fragen beantwortet.

Hi,

a) ich könnt mir vorstellen das hierzu sicher etwas im Schulbuch steht :wink:. Ansonsten ist wikipedia immer eine gute Quelle (auch wenn manch ein Lehrer anderer Meinung ist). Kurz: Wäre Licht eine Welle, so würde die Energie kontinuierlich abgegeben werden. Man könnt dann mit Licht beliebiger Wellenlänge Elektronen aus einem Metall auslösen. Das Experiment zeigt aber eine Abhängigkeit von der Wellenlänge. Ist die Wellenlänge zu groß, so ist das Auslösen der Elektronen unmöglich. Betrachtet man Licht als Teilchen (Quanten), die alle über eine diskrete, von der Wellenlänge abhängigen, Energie verfügen, so lässt sich damit das Experimentelle Ergebnis erklären.

b)Die Elektronen bekommen ihre Geschwindigkeit aus der kinetischen Energie. Diese berechnet sich wie folgt:
E = 0.5*m * v^2
Diese Gleichung brauchst du also nur nach v umzustellen. Die Masse m der Elektronen kannst du im Schulbuch oder bei wikipedia nachlesen. Die Energie ist allerding in Elektronenvolt (eV) gegeben. Für die Rechnung musst du sie in Joule umrechnen. Dies geschieht, in dem du sie mit der Elementarladung e = 1.602 * 10^(-19)C mutliplizierst. Also
E[J] = e * E[ev]

c)trifft ein Photon auf einen Körper (Metall), dann wird ein Teil seiner Energie dafür verwendet Elektronen auszulösen. Der Rest der übrig bleibt geht in kinetische Energie der Elektronen über. Die Austrittsarbeit ist charakteristisch für ein Metall. Kennst du die Austrittsarbeit, kannst du herausfinden um welches Metall es sich handelt. Die Energie eines Photons berechnet sich wie folgt:
E_gesamt = h * f
h ist das Plancksche-Wirkungsquantum und f die Frequenz. Die Frequenz hängt mit der Wellenlänge L über
f = c / L
zuasmmen, mit c = Lichtgeschwindigkeit. Du musst nun also die Energie der Photonen berechnen. Ein Teil der Energie wird für die Austrittsarbeit der Elektronen aus dem Metall verwendet, der Rest bleibt als kinetische Energie der Elektronen übrig. Das heißt:
E_gesamt = E_aus + E_kin.
Die kinetische Energie ist gegeben, also kannst du E_aus berechnen. Am einfachsten ist es, wenn du diese Rechnung in der Einheit Elektronenvolt durchführst. Den Wert den du erhälst kannst du dann in einer Tabelle nachschlagen. Zum Beispiel Hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Austrittsarbeit

d)Alles was du hierfür brauchst, hast du vorher schon verwendet. Die kinetische Energie ist:
E= 0.5 * m * v^2
Das ist gleich der Differenz der Energie der Photonen und der Austrittsarbeit:
E = E_gesamt - E_aus
Das heißt:
0.5*m*v^2 = h*c/L - E_aus
Nun sollen die Elektronen die doppelte Geschwindigkeit haben. Das heißt du ersetzt v einfach durch 2*v:
0.5*m*(2*v)^2 = h*c/L -E_aus
Das musst du nun noch nach der Wellenlänge L auflösen und ausrechnen.

kinetische Energie der Elektronen = h * f - Austrittsarbeit

Austrittsarbeit ist eine Materialkonstante

Hey,

ich bin kein Fan davon, Hausaufgaben vorzurechnen, deswegen mach ich das auch nicht.

Aber, die Aufgabe klingt sehr nach: Schaut euch in den Unterlagen/im Buch/auf Wikipedia nochmal an was wir gemacht haben und schreibt das neu auf.
Da gibt es dann bestimmt eine Formel der Form E=hf oder so, und Impulserhaltung und Materialkunde und so weiter und so fort.

Also schau mal in deine Unterlagen, die Arbeit moechte ich dir nicht abnehmen.

Hallo Fonsaniac,

Frage a) kannst du selber beantworten, wenn du in deinem Physikbuch oder hier unter Wikipedia nachliest:
http://de.wikipedia.org/wiki/Photoeffekt
(s. Äußerer photoelektrischer Effekt).

b) E = (m/2)*v^2 --> v = (2E/m)^0,5 = (2*0,81eV / m)^0,5
v = (2*0,81*1,602e-19J/9,11e-31kg)^0,5 =
= (0,2849e12 m^2/s^2)^0,5 = 533,7 m/s

c) W = h*f - Ekin = h*c/lambda - Ekin =
= 4,9e-19J - Ekin = 3,06eV - 0,81eV = 2,25eV
1eV = 1,602e-19J

W = Austrittsarbeit
h = Planck’sche Konstante = 4,136e-15 eV*s
f = Frequenz des Lichts [Hz]
lambda = Wellenlänge = 405e-9 m
Ekin = kinetische Energie des Elektrons = 0,81eV
c = Lichtgeschwindigkeit = 3e8 m/s
m = Masse des Elektrons = 9,11e-31kg
W = 2,25eV ==> Kalium

d) Geschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel aus der Energie: v ~ E^0.5

doppelte Geschwindigkeit ==> 2^0,5-fache Energie
vorherige Elektron-Energie = 0,81eV
Mindest-Energie für doppelte Geschwindigkeit = 0,81eV * 2^0,5 = 1,146eV
vorher eingestrahlte Energie (s. c) = 3,06eV
mindestens notwendige Energie für doppelte Geschwindigkeit = 3,06eV + 1,146eV = 4,206eV
lambda

Sorry, leider nicht mein Gebiet.

LMVBBB