Entdeckung des photoelektrischen Effekts
Das Phänomen, dass eine Oberfläche (typischerweise Alkalimetalle) bei Exposition gegenüber elektromagnetischer Strahlung (sichtbares Licht) Elektronen emittiert, wurde 1887 von Hertz und Hallwachs bei Experimenten mit einem Funkenstreckengenerator entdeckt. Hertz fand heraus, dass die Empfindlichkeit seiner Funkenstreckenvorrichtung durch Belichtung mit sichtbarem oder ultraviolettem Licht erhöht werden kann und dass Licht offensichtlich einen elektrischen Effekt hat. Er verfolgte diesen Effekt nicht weiter. Kurz nach Hertz ‚Entdeckung im Jahr 1899 zeigte der englische Physiker JJThomson , dass UV-Licht, das auf die Metalloberfläche fällt, die Emission von Elektronen von der Oberfläche auslöst. Der ungarische Physiker Philipp Lenard führte 1902 die ersten quantitativen Messungen des photoelektrischen Effekts durch. Er beobachtete, dass die Energie einzelner emittierter Elektronen mit der Frequenz des Lichts (die mit der Farbe zusammenhängt) zunahm.
Dies ist zwar interessant, aber durch die klassische Theorie der elektromagnetischen Strahlung, die die Existenz eines stationären Mediums (des leuchtenden Äthers) voraussetzte, durch das sich Licht ausbreitete , kaum zu erklären . Nachfolgende Untersuchungen des photoelektrischen Effekts führten dazu, dass diese Untersuchungen nicht mit der klassischen Theorie der elektromagnetischen Strahlung übereinstimmten. 1905 veröffentlichte Albert Einstein vier bahnbrechende Arbeiten zum photoelektrischen Effekt , zur Brownschen Bewegung , zur speziellen Relativitätstheorie und zur Äquivalenz von Masse und Masse Energie. Diese Artikel wurden in der Zeitschrift Annalen der Physik veröffentlichtund trug maßgeblich zur Gründung der modernen Physik bei. In der Arbeit über den photoelektrischen Effekt ( „Aus heuristischer Sicht auf die Erzeugung und Transformation von Licht“ ) löste er das Paradoxon, indem er Licht als aus diskreten Quanten zusammengesetzt und nicht aus kontinuierlichen Wellen beschrieb. Diese Theorie wurde aufgebaut zur Max-Planck-Schwarzkörper-Strahlungstheorie, die davon ausgeht, dass Lichtenergie nur in diskreten Mengen, sogenannten Quanten , absorbiert oder emittiert werden kann . Die Energie des Photons in jedem Lichtquantum ist gleich seiner Frequenz (ν) multipliziert mit einer Konstanten, die als Plancksche Konstante (h) bekannt ist , oder alternativ unter Verwendung der Wellenlänge (λ) und der Lichtgeschwindigkeit (c) :
E = hc / λ = hν
Jedes Photon oberhalb einer Schwellenfrequenz (spezifisch für jedes Material) hat die benötigte Energie, um ein einzelnes Elektron auszustoßen, wodurch der beobachtete Effekt erzeugt wird. Einsteins Theorie sagt voraus, dass die maximale kinetische Energie des emittierten Elektrons nur von der Frequenz des einfallenden Lichts und nicht von seiner Intensität abhängt . Wenn doppelt so viel Licht (hohe Intensität) scheint, werden doppelt so viele Photonen und mehr Elektronen freigesetzt, aber die maximale kinetische Energie dieser einzelnen Elektronen bleibt gleich. Experimente mit dem photoelektrischen Effekt wurden 1915 von Robert Millikan ausgiebig durchgeführt. Robert Millikan zeigte, dass Einsteins Vorhersage korrekt war. Diese Entdeckung trug zur Quantenrevolution in der Physik bei und brachte Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik ein.
Quelle: wikipedia.org
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