Photoeffekt

Bereits 1888 machte W. Hallwachs die Beobachtung, dass elektromagnetische Strahlung bzw. Licht in der Lage ist, aus Metalloberflächen negative Ladungsträger (Elektronen) zu lösen.

Dabei arbeitete Hallwachs mit Metallplatten, die an einen Elektrometer angeschlossen waren. Werden die Platten negative aufgeladen und mit kurzwelligem (ultraviolettem) Licht bestrahlt, so geht der Ausschlag des Elektrometers zurück. Dies lässt den Schluss zu, dass durch die Bestrahlung mit Licht Elektronen aus dem Metall freigesetzt wurden. Arbeitet man jedoch mit positiv aufgeladenen Metallplatten, so bleibt die positive Ladung nach der Bestrahlung erhalten.

Man klassifiziert dieses Phänomen den Bereich des Photoeffekts (lichtelektrischer Effekt). Wir definieren, was man unter dem sogenannten Photoeffekt, auch im erweiterten Sinn zur obigen Beobachtung, versteht.

Details zum Photoeffekt

Dabei wird der Photoeffekt in weitere Kategorien eingeteilt.

• Werden die Elektronen aus dem Festkörper in die äußere Umgebung freigesetzt, so spricht man vom äußeren Photoeffekt.
• Daneben gibt es noch die Möglichkeit des sogenannten inneren Photoeffekts, der bei Halbleitern auftritt. Hierbei werden Elektronen, die sich in einem bestimmten Zustand befinden (exakterweise spricht man bei diesen Zuständen von Bändern) in einen anderen Zustand bzw. Band gehoben. Die Elektronen verbleiben jedoch im Innern des Festkörpers.

Die von Hallwachs gemachte Beobachtung gehört dem äußeren Photoeffekt an, mit dem wir uns im weiteren Verlauf beschäftigen wollen. Darüber hinaus stellte man fest, dass die Energie der abgelösten Elektronen von der Frequenz des Lichts und nicht wie nach der klassischen Wellentheorie von der Lichtintensität abhängt. Nach der klassischen Wellentheorie hängt nämlich die von der Lichtwelle transportierte Energie mit ihrer Intensität zusammen.

Dieses widersprüchliche Verhalten zur Wellentheorie des Lichts motivierte Einstein (1905), die von Planck aufgestellte Lichtquantenhypothese zur Erklärung des Photoeffekts heranzuziehen.

Widmen wir uns nun im nächsten Abschnitt einigen qualitativen Schulexperimenten, mit denen man die Beobachtungen von Hallwachs nachvollziehen kann.