Theorie zum Photoeffekt

Die Zinkplatte ist negativ geladen
Die Zinkplatte wird negativ aufgeladen. Das bedeutet, dass überschüssige Elektronen auf ihr vorhanden sind. Die Elektronen können die Zinkplatte nicht verlassen, weil die Luft ein schlechter Leiter ist.


Photonen aus der UV-Lampe treffen auf die Zinkplatte und die Energie des Photons führt dazu, dass Elektronen die Zinkplatte verlassen können.

Diese freien Elektronen wandern durch die Luft zum Pluspol am Messgerät.

 Bei längerer Bestrahlung werden alle überschüssigen Elektronen von der Zinkplatte entfernt. Das Spannungsmessgerät zeigt keine Spannung mehr an.

Die Zinkplatte ist positiv geladen
Die Zinkplatte wird positiv aufgeladen. Das bedeutet, dass Elektronen von ihr abgezogen werden. Es bleiben positiv geladene Atomrümpfe über. Die positiven Ladungen bleiben ortsfest erhalten, da Luft ein schlechter Leiter ist und somit keine Elektronen vom Minuspol zur Zinkplatte gelangen können.


Photonen aus der UV-Lampe können nur Energie an die Elektronen auf der Zinkplatte übertragen. Daher haben sie keinen Einfluss auf die positiven Ladungen. Es geschieht nichts, egal wie lange bestrahlt wird.

Ablauf auf Teilchenebene

Ein Photon gibt seine Energie an ein Zinkatom ab. Die Energie des Photons ist größer als die Austrittsenergie(-arbeit).
 Es entsteht ein angeregter Zustand.
 Nach ungefähr 10-8s gibt das angeregte Atom ein Elektron ab und wird zum postiv geladenen Ion.. Das Elektron besitzt kinetische Energie und verlässt die Platte.


Wichtig zu wissen:
Die Energie des ausgesandten Photons ist geringer als die Energie des eingestrahlten Photons. Die Energiedifferenz hat das Elektron, welches die Platte verlassen hat, als kinetische Energie mitgenommen.
Das eingestrahlte Photon muss eine Mindestenergie besitzen. Diese hängt nur von dem Metall ab. Diese Energie heißt Austrittsenergie oder Austrittsarbeit.
Auf der negativ geladenen Platte sind freie Elektronen. Das Ion fängt ein solches Elektron ein und wird zum angeregten Atom.
 Das angeregte Atom gibt die überschüssige Energie als Photon ab. Dieses ist für uns nicht sichtbar, da die Wellenlänge im UV-Bereich liegt.

Warum funktioniert der Versuch nicht mit der Halogenlampe?
Die Halogenlampe strahlt Photonen vom infraroten bis in den violetten Bereich auf die Zinkplatte. Die Glaslinsen und der Lampenkolben der Halogenlampe sind für UV-Licht nicht durchlässig. Um ein Elektron aus dem Zinkatom zu entfernen ist eine Mindestenergie notwendig. Die Photonen des sichtbaren Lichts und die des infraroten Bereichs besitzen diese Energie nicht. Da ein Atom immer nur ein Photon gleichzeitig aufnehmen kann, wird das Elektron nicht entfernt und damit die Platte nicht entladen.