Der photoelektrische Effekt

Einfach gesagt: Der photoelektrische Effekt (gehört zum Bereich – Quantenphysik) beschreibt einen physikalischen Vorgang, bei dem ein Photon (= Lichtteilchen)  von einem in einem Material gebundenen Elektron absorbiert wird. Dadurch erfolgt eine Ablösung von Elektronen aus dem Atom oder Atomverband des Materials.

Warum ist der photoelektrische Effekt so bedeutsam?

• Die herkömmlichen Solarzellen, die für die Stromerzeugung aus Sonnenenergie zuständig sind, beruhen auf diesem Effekt. Hierbei wird ein Elektron durch elektromagnetische Strahlung (Sonnenlicht) gelöst und so durch den photovoltaischen Effekt die Lichtenergie in elektrische Energie umgewandelt.
• Der photoelektrische Effekt gibt wichtige Hinweise zum Teilchencharakter des Lichts (“Welle-Teilchen-Dualismus”).
• Der photoelektrische Effekt ist die Grundlage einiger Messgeräte, die schwache Lichtsignale registrieren und in elektrische Signale umwandeln, die dann ausgewertet werden können.

Der photoelektrische Effekt

Wie bereits in der Einleitung erwähnt, beschreibt der Photoeffekt einen Vorgang, bei dem Elektronen i.d.R aus einer Metalloberfläche durch auftreffende Photonen (z.B. Sonnenlicht) herausgeschlagen werden. Dabei kann man sich die Elektronen nach dem Bohrschen Atommodell so vorstellen, dass sie auf einer Bahn (manchmal auch als Schale bezeichnet) um den Atomkern kreisen. Diese Elektronen halten sich auf der Kreisbahn, da sich die Anziehungskraft des Kerns auf das Elektron und die Zentripetalkraft des Elektrons auf der Kreisbahn im Gleichgewicht befinden (Annahme des Bohrschen Atommodells).
Ein eintreffendes Photon besitzt eine bestimmte Energie. Diese Energie kann das Photon bei einem Zusammenstoß mit einem Elektron übertragen. Durch die zugeführte kinetische Energie kann es dem Elektron ermöglicht werden, aus der “Bahn” bzw. der Metalloberfläche” herausgeschlagen zu werden.

Rechnen mit dem photoelektrischen Effekt

• h: Plancksches Wirkungsquantum (h = 6,62·10^-34 J·s)
• f: Frequenz des Photons
• E_kin = 0,5·m·v² (kinetische Energie des Elektrons, nachdem es herausgeschlagen wurde)
• l : Wellenlänge des Lichtes
• c: Lichtgeschwindigkeit

Weitere “photoelektrische” Effekte”

In der Physik gibt es weiterer Phänomene, die auf der Grundlage des photoelektrischen Effektes beruhen:

• Der innere photoelektrische Effekt (Änderung der Leitfähigkeit eines Halbleiters bei Belichtung)
• Die Photoionisation (Ionisation von Gasen durch elektromagnetische Wellen -> Nachweismethode)
• Der photovoltaische Effekt (Energiegewinnung aus Sonnenlicht -> Solarmodule)

• Atommodelle (Chemie)

• Abfrageprogramm: Grundlage der Naturwissenschaften