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Masse, Energie und Impuls von Photonen

Welle-Teilchen-Dualismus
Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse / Das Photonmodell

Das Photon ist ein Teilchen, das sich mit Lichtgeschwindigkeit $c$ bewegt. Wie man aber aus der Relativitätstheorie weiß, bewegen sich alle Teilchen, die eine Ruhemasse $m_0$ haben, unterhalb der Lichtgeschwindigkeit.

Merke

"Ruhe"-Masse $m_{0}$ eines Photons

Das Photon hat keine Ruhemasse, da es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt.

Energie und Impuls

Insbesondere resultiert mit Hilfe der relativistischen Energie-Impuls-Relation

$(\frac{E}{c})^2-p^2=m_0^2c^2$,

dass für ein Photonen mit der Energie $E_{\gamma}=hf$ und dem Impuls $p_{\gamma}$ gilt

$(\frac{E_{\gamma}}{c})^2-(p_{\gamma})^2=0$.

$\Rightarrow \frac{E_{\gamma}}{c}=p_{\gamma}$.

Setzen wir noch $E_{\gamma}=hf$ ein, so können wir einen Merksatz formulieren.

Merke

Impuls $p_{\gamma}$ eines Photons

Der Impuls eines Photons, das zu Licht der Frequenz $f$ gehört, hat den Wert

$p_{\gamma}=\frac{hf}{c}$

bzw.

$p_{\gamma}=\frac{h}{\lambda}$,

wenn man die Formel $\lambda\cdot f=c$ für elektromagnetische Strahlung berücksichtigt.

Photonimpuls - Idee für ein Experiment

Man kann sich auch ein einfaches Experiment überlegen, mit dem man im Prinzip die Existenz eines Photonimpulses nachweisen kann.

Beispiel

Es werde ein Spiegel mit nahezu vernachlässigbarer Masse an einem hinreichend langen Faden aufgehängt. Dieser Spiegel werde dann mit einem intensiven Lichtblitzen bestrahlt. Hat nun Licht tatsächlich einen Impuls, so müsste der Spiegel wie ein Pendel ausgelenkt werden.

Vorstellung des Online-Kurses Quanteneffekte & Struktur der MaterieQuanteneffekte & Struktur der Materie
Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Quanteneffekte & Struktur der Materie

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Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Entwicklung der Quantentheorie
    • Einleitung zu Entwicklung der Quantentheorie
    • Photoeffekt
      • Einleitung zu Photoeffekt
      • Qualitative Experimente zum Photoeffekt
        • Einleitung zu Qualitative Experimente zum Photoeffekt
        • Einfluss der Lichtfrequenz und Lichtintensität
  • Welle-Teilchen-Dualismus
    • Einleitung zu Welle-Teilchen-Dualismus
    • Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse
      • Einleitung zu Photoeffekt - Die Gegenfeldmethode - quantitative Analyse
      • Bestimmung des Planckschen Wirkungsquantums
      • Das Photonmodell
        • Einleitung zu Das Photonmodell
        • Photostromstärke
        • Masse, Energie und Impuls von Photonen
      • Herleitung der Compton-Formel
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  • Miriam

    Miriam

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