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Grundwissen

Energieaufnahme von Atomen durch Absorption von Photonen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Atome können von einem niedrigeren in einen höheren Energiezustand gelangen, indem sie Photonen absorbieren.
  • Die Energie des Photons muss aber exakt gleich der Energiedifferenz der verschiedenen Energiezustände sein: \({E_{{\rm{Ph}}}} = {E_m} - {E_n}\).
  • Nach der Absorption ist das Photon komplett vernichtet.
Aufgaben Aufgaben

Anregung durch Absorption von Photonen

Abb. 1 Übergänge eines Atom von niedrigeren zu höheren Energiestufen durch Absorption von Photonen mit verschiedenen Energieen

Befindet sich das oben betrachtete Atom im Grundzustand, so kann es z.B. durch ein Photon mit der Energie \(E_{\rm{Ph}}=E_3-E_1\) oder durch ein Photon mit der Energie \(E^{\ast}_{\rm{Ph}}=E_2-E_1\) angeregt werden, da die Photonenenergie genau einer Energiestufe im Atom entspricht, die vom Grundzustand (in dem befindet sich das Atom zu Beginn der Betrachtung) aus erreichbar ist.

Bei dem Anregungsprozess wird das Photon vernichtet, es fehlt im Licht, welches die Atome durchstrahlt. Die Energie des Photons steckt nun im Atom, das nach kurzer Zeit unter Photonenemission wieder in den Grundzustand übergeht.

Photonen, deren Energien nicht dazu führen, dass das Atom vom Grundzustand in einen möglichen höheren Energiezustand übergeht, werden vom Atom nicht absorbiert.

Nur Photonen mit passender Energie regen an

Beträgt die Energiestufe in einem Atom z.B. \(E_{1,2}=1{,}9\,\rm{eV}\) und bestrahlt man das Atom mit Photonen der Energie \(E_{\rm{Ph}}=2{,}4\,\rm{eV}\), so könnte man sich folgenden Prozess vorstellen: Die eingestrahlten Photonen geben \(1{,}9\,\rm{eV}\) an das Atom zur Anregung ab und die restliche Energie von \(2{,}4\,\rm{eV}-1{,}9\,\rm{eV}=0{,}5\,\rm{eV}\) bleibt in energieärmeren Photonen, welche die Atomschicht durchdringen.

Versuche zeigen jedoch, dass dieser Prozess nicht stattfindet. Die Photonen mit der Energie  \(E_{\rm{Ph}}=2{,}4\,\rm{eV}\) durchdringen die Atomschicht ohne Anregung.