Quantenphysik

Quantenobjekt Photon

Einstein zum Photoeffekt

  • Wie überträgt Licht seine Energie?
  • Was sind eigentlich Photonen?
  • Licht – auch nicht mehr als Billardkugeln?
  • Können Teilchen aus Strahlung entstehen?

Einstein zum Photoeffekt

Aus der Originalarbeit von Einstein

Annalen der Physik 17, S. 132- 148 (1905)

Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt; von A. Einstein
 

von Ferdinand Schmutzer [Public domain], via Wikimedia Commons

Einstein übertrug die von Max Planck bei der Emission von Licht entdeckte Quantelung der Strahlungsenergie auf die Ausbreitung des Lichts im Raum und seine Wechselwirkung mit Materie. Diese Hypothese ging entscheidend über die plancksche Annahme hinaus. Auszüge aus seiner Originalarbeit:

»Die übliche Auffassung, daß die Energie des Lichtes kontinuierlich über den durchstrahlten Raum verteilt sei, findet bei dem Versuch, die lichtelektrischen Erscheinungen zu erklären, besonders große Schwierigkeiten... Es scheint mir nun in der Tat, daß die Beobachtungen. ..besser verständlich erscheinen unter der Annahme, daß die Energie des Lichtes diskontinuierlich im Raume verteilt sei. Nach der hier ins Auge zu fassenden Annahme ist bei Ausbreitung eines von einem Punkte ausgehenden Lichtstrahles die Energie nicht kontinuierlich auf größer und größer werdende Räume verteilt, sondern es besteht dieselbe aus einer endlichen Zahl von in Raumpunkten lokalisierten Energiequanten, welche sich bewegen, ohne sich zu teilen und nur als Ganze absorbiert und erzeugt werden können... Monochromatische Strahlung ...verhält sich. ..so, wie wenn sie aus voneinander unabhängigen Energiequanten von der Größe h· f bestünde.

Zur Deutung des Photoeffekts schreibt Einstein:

In die oberflächliche Schicht des Körpers dringen Energiequanten ein, und deren Energie verwandelt sich wenigstens zum Teil in kinetische Energie der Elektronen. Die einfachste Vorstellung ist die, daß ein Lichtquant seine ganze Energie an ein einziges Elektron abgibt. ..Ein im Innern des Körpers mit kinetischer Energie versehenes Elektron wird, wenn es die Oberfläche erreicht hat, einen Teil seiner kinetischen Energie eingebüßt haben. Außerdem wird anzunehmen sein, daß jedes Elektron beim Verlassen des Körpers eine (für den Körper charakteristische) Arbeit Wo zu leisten hat, wenn es den Körper verläßt.

Mit der größten Normalgeschwindigkeit werden die unmittelbar an der Oberfläche normal zu dieser erregten Elektronen den Körper verlassen. Die kinetische Energie solcher Elektronen ist \[{E_{kin}} = h \cdot f - {W_0} \]
Hinweise:
  • In der Originalarbeit werden andere Variablen für die Beziehungen benutzt. Zur besseren Verständlichkeit haben wir die heute üblichen Bezeichnungsweisen eingefügt.
  • Den Nobelpreis für Physik bekam Einstein im Jahre 1921 nicht für seine bekannte Relativitätstheorie sondern für seine Arbeiten in der theoretischen Physik, insbesondere für die Deutung des Photoeffektes.
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