Das Photonmodell

Das Resultat, das wir für die kinetische Energie der Elektronen beim Photoeffekt erhalten haben, ist bemerkenswert.

$E_{kin}=hf-W_A$

Auf der einen Seite bestätigt es die Widersprüche zur Wellentheorie des Lichts:

• Abhängigkeit von der Frequenz des Lichts
• Unabhängigkeit von der Intensität des Lichts

Auf der anderen Seite liefert die Gleichung eine neuartige physikalische Interpretation des Lichts.

Photonen (Lichtquanten)

Die Energie des Lichts wird von den Elektronen nicht in kontinuierlicher Form aufgenommen.

Die Energie wird vielmehr in gequantelter Form absorbiert. Man spricht daher auch von Photonen oder Lichtquanten, von denen jedes eine bestimmte Energieportion trägt. Trifft nun ein solches Photon $\gamma$ auf die Metalloberfläche, so gibt es seine Energie vollständig ab. Dabei muss noch eine gewisse Austrittsarbeit $W_A$ geleistet werden, um das Elektron von der Metalloberfläche zu lösen.

Folgende Tabelle zeigt einige Werte für Austrittsarbeiten aus verschiedenen Metallen.

Diese Sichtweise erklärt die ermittelte Formel für die kinetische Energie der Elektronen: Wenn nun $E_{\gamma}$ die Energie des Photons ist. Dann wird hiervon ein Teil, nämlich $W_A$, für die Austrittsarbeit verwandt. Der Rest bleibt demzufolge für die kinetische Energie $E_{kin}$ des Elektrons übrig. Man hat also

$E_{kin}=E_{\gamma}-W_A$

und natürlich noch

$E_{kin}=hf-W_A$.

Daraus folgt, dass ein Photon die Energie $E_{\gamma}=hf$ trägt.

Bestimmung der Grenzfrequenz

Dies erklärt unter anderem auch die Grenzfrequenz $f_g$ beim Photoeffekt.

Der Photoeffekt setzt ja gerade dann ein, wenn die kinetische Energie $E_{kin}$ der Elektronen über Null liegt. Für $E_{kin}=0$ erhalten wir die gesuchte Grenzfrequenz

$E_{kin}=hf-W_{A}=0 \quad \Rightarrow \quad f_g=\frac{W_A}{h} $

Liegt die Frequenz des Lichts unterhalb der Grenzfrequenz, so tragen die Photonen nicht genügend Energie, um Elektronen abzulösen.

Hier noch einige weitere Erklärungen: