Der photoelektrische Effekt

Da wir alle Mathe lieben, vorallem Mathe mit dem Taschenrechner und dieser Taschenrechner meistens zumindest die Energiequelle der Sonne nutzt, um seine Funktionalität bereitzustellen, ist es an der Zeit sich einmal mit dieser Form der Energiebereitstellung auseinander zu setzten!

Jedes Lichquantum besitz eine gewisse Energie, die wir in Form einer schönen Gleichung darstellen können, nämlich E=f*h. Die Energie eines Quantum ergibt sich also aus der Frequenz und der Planck-konstante. Wenn wir nun ein Experiment durchführen würden, bei dem Licht auf eine Metalloberfläche triff, werden wir feststellen, dass aus irgendwelchen Gründen auch immer sich Elektronen aus der Oberfläche heraus lösen! Was wir noch festellen werden ist, dass wenn wir die Intensität des Lichtes erhöhen, sich jedoch nicht mehr Elektronen aus der Platte lösen, was recht komisch ist, da wir ja annehmen, dass wenn wir mehr Energie „hineinpumpen“, sich mehr Elektronen lösen.

Doch in dieser Annahme steckt der Fehler,denn wenn wir uns ein Wasserstoffatom vorstellen, dass ein Proton und ein Elektron vorweist, dann wissen wir, dass wenn wir das Elektron in den unendlichen Raum „schießen“ wollen, wir eine gewisse Mindestenergie brauchen, die wir berechnen können. Wenn nun ein Lichtquant auf dieses Elektron trifft, es jedoch nicht genug Energie trägt, um es herauszulösen, ist es ja auch völlig egal wieviele Quatnen mit dem Elektron wechselwirken, da ja immer nur ein Quatnum mit dem Elektron wechselwirkt und somit die Intensität keine Rolle spielt. Da die Energie eines Lichtquants von der Frequenz dieses Quatums abhängt, (E=h*f) müssen wir um das Elektron zu lösen, nur die Frequenz verändern, da h eine Konstante ist. Es ergibt sich also folgende Gleichung hf=E_{kin}(el)+E_2(el), wobei E_{kin}(el) die Energie des Elektrons nach der Herauslösung in Form von kinetischer Energie darstellt und E_2(el) die Energie, die wir zum herauslösen des Elektrons benötigen. h*f stellt die Energie des Lichtquants dar!

Photoelektrische Effekt
Der Photoelektrische Effekt anschlaulich dargestellt

Die Konsequenz des Ganzen ist nun, dass nicht die Intensität des Lichtes den elektrischen Stromkreis einer Solarzelle auf Fordermann bringt, sondern seine Wellenlänge selbst und somit seine „Farbe“!