Äußerer photoelektrischer Effekt (Hallwachs-Effekt)

Bereits ab dem 19. Jahrhundert entdeckten einige Physiker, dass Elektronen mit Hilfe von Licht aus einer Metalloberfläche herausgelöst werden können. So konnten z. B. Heinrich Hertz und Wilhelm Hallwachs diesen Entladevorgang eines Metalls, auch bekannt als Hallwachs-Effekt bekannt, demonstrieren. Dabei stellten sie auch fest, dass für den Versuch ultraviolettes Licht, jedoch kein sichtbares Licht, geeignet ist.

Dieser Effekt konnte lange nicht erklärt werden. Es war Albert Einstein, der diesen als erster richtig deuten konnte und u.a. auch deshalb einen Nobelpreis erhielt.

Versuchsaufbau

Eine Zinkplatte, die sowohl positiv als auch negativ geladen werden kann, ist mit einem Elektroskop verbunden. An diesem kann die momentane Ladung der Platte abgelesen werden.

Durchführung

Die Platte wird jeweils unterschiedlich geladen und mit Licht verschiedener Frequenzen ( Gelb, Grün, Blau, UV) bestrahlt.

Beobachtung

  • Wenn die Platte positiv geladen ist, ist keine Veränderung zu sehen.
  • Ebenso wenig passiert, wenn die negativ geladene Platte mit gelbem, grünem, blauem Licht bestrahlt wird.
  • Ist jedoch die Platte negativ geladen und wird mit UV-Licht (hohe Frequenz) bestrahlt, so wird die Platte entladen.

Zusätzlich kann man beobachten, dass sich die Grenzwellenlänge bzw. Frequenz, bei der der Effekt erstmals auftritt, ändert. Grenzwellenlänge bzw. Frequenz sind dabei abhängig vom benutzten Metall.

Folgerung

Wir schließen daraus, dass Licht (mit bestimmter Wellenlänge) den Austritt der Elektronen hervorruft. Im Falle der Zinkplatte geschieht dies erst im UV-Bereich.

Das Experiment mit der Zinkplatte bildet jedoch erst den Anfang. Mit der Zeit wurden weitere Experimente entworfen und durchgeführt, um den Photoeffekt näher zu untersuchen. Mehr dazu im Artikel: photoelektrischer Effekt

So ist man in der Lage, die Geschwindigkeit der Elektronen nach ihrem Austritt zu bestimmen, z. B. mit Hilfe der Gegenfeldmethode.

Energie des homogenen elektrischen Feldes $$E_{Elektrisch}=Q\cdot U=e\cdot U$$ Kinetische Energie des Elektrons $$E_{Kin}=\frac12\cdot m\cdot v^2$$ Diese Energien müssen gleich groß sein. Man erhält somit:

$$\begin{array}{l}E_{Elektrisch}=E_{Kin}\\e\cdot U=\frac12\cdot m\cdot v^2\left|\cdot2\left|\div m\right.\right.\\\frac{2\cdot e\cdot U}m=v^2\left|\sqrt{}\right.\\\sqrt{\frac{2\cdot e\cdot U}m}=v\end{array}$$

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