Photoelektrischer Effekt
Der photoelektrische Effekt ist ein Phänomen der Physik. Der Effekt beruht auf der Idee, dass elektromagnetische Strahlung aus einer Reihe von Teilchen besteht, die Photonen genannt werden. Wenn ein Photon auf ein Elektron auf einer Metalloberfläche trifft, kann das Elektron emittiert werden. Die emittierten Elektronen werden als Photoelektronen bezeichnet. Der Effekt wird auch als Hertz-Effekt bezeichnet, weil er von Heinrich Rudolf Hertz entdeckt wurde, aber dieser Name wird nicht oft verwendet. Der photoelektrische Effekt hat den Physikern geholfen, die Quantennatur von Licht und Elektronen zu verstehen. Das Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus wurde aufgrund des photoelektrischen Effekts entwickelt. Albert Einstein schlug die Gesetze des photoelektrischen Effekts vor und erhielt 1921 den Nobelpreis für Physik.
Ein Diagramm, das zeigt, wie Elektronen von einer Metallplatte emittiert werden
Mechanismus
Nicht jede elektromagnetische Welle verursacht den photoelektrischen Effekt, nur Strahlung einer bestimmten Frequenz oder höher verursacht den Effekt. Die erforderliche Mindestfrequenz wird als "Grenzfrequenz" oder "Schwellenfrequenz" bezeichnet. Die Grenzfrequenz wird verwendet, um die Arbeitsfunktion zu finden, w {\Anzeigeart w} 
Dies ist die Energiemenge, die das Elektron an der Metalloberfläche hält. Die Arbeitsfunktion ist eine Eigenschaft des Metalls und wird durch die einfallende Strahlung nicht beeinflusst. Wenn eine Lichtfrequenz auf die Metalloberfläche auftrifft, die größer als die Grenzfrequenz ist, dann hat das emittierte Elektron eine gewisse kinetische Energie.
Die Energie eines Photons, das den photoelektrischen Effekt verursacht, wird durch E = h f = K E + w {\Darstellungsart E=hf=KE+w} gefunden 
wobei h {\Anzeigestil h} die Planck'sche Konstante 
ist, 6,626×10-34 J-s, f {\Anzeigestil f}
die Frequenz der elektromagnetischen Welle, K E {\Anzeigestil KE}
die kinetische Energie des Photoelektrons und w {\Anzeigestil w} die Austrittsarbeit für das Metall ist. Wenn das Photon viel Energie hat, kann Compton-Streuung (~ Tausende von eV) oder Paarbildung (~ Millionen von eV) stattfinden.
Die Intensität des Lichtes allein führt nicht zum Ausstoß von Elektronen. Nur Licht mit einer Grenzfrequenz oder höher kann dies bewirken. Eine Erhöhung der Lichtintensität erhöht jedoch die Anzahl der emittierten Elektronen, solange die Frequenz über der Grenzfrequenz liegt.
Geschichte
Die erste Beobachtung des photoelektrischen Effekts machte Heinrich Hertz 1887. Er berichtete, dass ein Funke leichter zwischen zwei geladenen Kugeln springt, wenn Licht auf sie fällt. Weitere Studien wurden durchgeführt, um mehr über den von Hertz beobachteten Effekt zu erfahren. Im Jahr 1902 zeigte Philipp Lenard, dass die kinetische Energie eines Photoelektrons nicht von der Lichtintensität abhängt. Aber erst 1905 schlug Einstein eine Theorie vor, die den Effekt vollständig erklärte. Die Theorie besagt, dass elektromagnetische Strahlung eine Reihe von Teilchen ist, die Photonen genannt werden. Die Photonen stoßen mit den Elektronen auf der Oberfläche zusammen und emittieren sie. Diese Theorie widersprach dem Glauben, dass elektromagnetische Strahlung eine Welle sei. Daher wurde sie zunächst nicht als richtig erkannt. Im Jahr 1916 veröffentlichte Robert Millikan die Ergebnisse von Experimenten mit einer Vakuum-Fotoröhre. Seine Arbeit zeigte, dass die photoelektrische Gleichung von Einstein das Verhalten sehr genau erklärt. Millikan und andere Wissenschaftler waren jedoch langsamer dabei, Einsteins Theorie der Lichtquanten zu akzeptieren. Maxwells Wellentheorie der elektromagnetischen Strahlung kann den photoelektrischen Effekt und die Schwarzkörperstrahlung nicht erklären. Diese werden durch die Quantenmechanik erklärt.
Fragen und Antworten
Q: Was ist der photoelektrische Effekt?
A: Der photoelektrische Effekt ist ein Phänomen in der Physik, bei dem elektromagnetische Strahlung aus Teilchen besteht, die Photonen genannt werden, und wenn diese auf Elektronen auf einer Metalloberfläche treffen, kann das Elektron emittiert werden und Photoelektronen bilden.
F: Wer hat den photoelektrischen Effekt entdeckt?
A: Heinrich Rudolf Hertz entdeckte den photoelektrischen Effekt.
F: Warum wird der photoelektrische Effekt auch Hertz-Effekt genannt?
A: Der photoelektrische Effekt wird auch Hertz-Effekt genannt, weil er von Heinrich Rudolf Hertz entdeckt wurde.
F: Was ist der Welle-Teilchen-Dualismus?
A: Der Welle-Teilchen-Dualismus ist ein Konzept, das aufgrund des photoelektrischen Effekts entwickelt wurde und das den Physikern half, die Quantennatur von Licht und Elektronen zu verstehen.
F: Wer hat die Gesetze des photoelektrischen Effekts vorgeschlagen?
A: Albert Einstein schlug die Gesetze des photoelektrischen Effekts vor.
F: Welchen Beitrag hat der photoelektrische Effekt zur Physik geleistet?
A: Der photoelektrische Effekt hat den Physikern geholfen, die Quantennatur des Lichts und der Elektronen zu verstehen, indem er das Konzept des Welle-Teilchen-Dualismus entwickelte und zu den Gesetzen des photoelektrischen Effekts beitrug, die von Albert Einstein vorgeschlagen wurden, der 1921 den Nobelpreis für Physik erhielt.
F: Wie werden die emittierten Elektronen beim photoelektrischen Effekt genannt?
A: Die Elektronen, die beim photoelektrischen Effekt von der Metalloberfläche emittiert werden, nennt man Photoelektronen.
