Physik Gfs - Photoeffekt Kl. 12 Hilfe!

Guten Tag,

muss am Montag in 10 Tagen eine Physik Gfs halten mit dem Thema Photoeffekt oder photovoltaischer Effekt.

Leider kann ich nicht einschätzen, was bei dem Thema wichtig ist und vor allem was nicht zu schwierig ist, aber auch kein Kinderkram.

Vielleicht sollte ich noch erwähnen, dass ich eine Niete bin in Physik! :smiley:

Naja hab in der letzten Klausur 2 Punkte geschrieben und die gilts jetzt wieder auszugleichen.

Wer mir noch passende websiten sagen könnte, kann dieses tun. Gern willkommen sind auch Animationen und Filme sowie Tips. :smile:

Vielen Dank im voraus!

lg Vroni

hey vroni

ich bin auch in der 12. klasse, allerdings hab ich in der letzten arbeit 15pkt geschrieben.

meiner meinung ist wichtig :

  • worauf der effekt beruht (pauli-prinzip, etc.)
  • von wem dieser effekt entdeckt wurde
  • die anwendungsbereiche

ich würde meinen schwerpunkt auf den ersten punkt legen

… so ganz grob wäre dir jetzt ja geholfen, wenn du noch mehr fragen hast, scheue dich nicht sie zu stellen…

lg eddie

Moin moin,

der Photoeffekt ist eines der wichtigsten Experimente der Quantenphysik. Es gibt davon aber mehrere Varianten. Einen guten Überblick bietet - wie immer Wikipedia :smiley: einfach mal photoelektrischer Effekt eingeben :wink:
Beim äußeren Photoeffekt beleuchtest du eine Metallplatte mit Licht. Unterhaalb einer gewissen Frequenz (~Farbe) des LIchts passiert nix, unabhängig davon, wie groß die Intensität des LIchts ist. Das ist sehr überraschend, da man erwarten würde, dass eine höhere Intensität (und damit letztlich vielleicht ? die Energie des Lichts) mehr Elektronen liefern würde. Diejenige Frage, die der Photoeffekt beantwortet, ist eben „Wo steckt die Energie im Licht?“. deswegen lass ich mal das fragezeichen noch unbeantwortet.
Ab einer bestimmten Frequenz (nicht Intensität!) stellt man tatsächlich fest, dass Elektronen ausgelöst werden. Nun ist deren Anzahl tatsächlich proportional zur Intensität – aber auch zur Frequenz.
Die Energie einer herkömmlichen (z. B. Wasser)welle ist proportional zu (dem Quadrat) der Amplitude. Insbesondere war im Zusammenhang mit der Energie aber nie die Frequenz aufgetaucht (oder Wellenlänge nach c = lambda f).
Die Nobelpreiswürdige Erklärung von Einstein: Lichtquanten – kleine unteilbare Energieportionen (Energie eines Quants: E = h f – Frequenzabhängig!). Jetzt noch einmal der Ablauf des Experiments im Zusammenhang mit diesen Quanten.
Zum Auslösen eines Elektrons ist eine gewisse Arbeit notwendig, denn es gibt ja einen Grund, warum die Elektronen nicht von slebst rauskommen. Die werden festgehalten, und gegen diese Kraft muss man arbeiten. [Es ist auch sehr unwahrscheinlich, dass mehrere Photonen sich am gleichen Elektron betätigen, so dass wir davon ausgehen können, dass immer nur ein Photon (= Lichtquant) pro Elektron zugange ist.] Unterhalb einer gewissen Frequenz ist aber die (frequenzabhängige) Energie der Photonen einfach zu klein. Die kannst du auch ausrechnen. Dafür braucht man die sogenannte Hubarbeit von der ich eben sprach. Die ist nur dummerweise materialspezifisch, so dass sie immer angegeben wird oder nachgeguckt werden muss. Sei sie mit W bezeichnet. Dann reicht die Energie der Photonen nicht, um die Elektronen auszulösen, wenn W > h f. Die intensität ist nun nicht mehr Energie pro Quant (die ist ja h f!) sondern einfach die Anzahl dieser Quanten. Wenn aber jedes einzelne nicht die Energie aufbringen kann, so hilft es nciht, mehr von ihnen draufzuschießen und die Intensität hochzufahren - die Elektronen werden immer noch nciht ausgelöst. Das erklärt den ersten Teil des Experiments.
Man erkennt nun, dass die Energie des Lichts nicht nur von der Intensität (= Menge der LIchtquanten) sondern eben auch von der Frequenz (= Energie pro Quant) abhängt. (Das weiß man unterbewusst eigentich auch so schon: das ist nämlich der Grund dafür, dass Röntgenlicht so gefährlich ist und Radiowellen so schwache Energien haben).
Der zweite Teil des Experiments ist nun noch einfacher zu erklären. Da ist offenichtlich W

Physik Gfs - Photoeffekt Kl. 12 Hilfe!!
Guten Abend :smile:,

also erstmal vielen Dank. Deine Zusammenfassung hat mir in vielen Bereichen Klarheit gebracht. Nun muss ich leider zugeben, dass ich bei dem ein oder anderen Sachen immer noch meine Probleme hab (wie gesagt bin eine Physik-Niete:smiley:).
Drum dacht ich mir nehm ich einfach deinen Orginaltext und schreibe meine Fragen dazu und falls es dir nichts ausmacht könntest du mir die noch beantworten?!
Eigentlich wollte ich die Fragen in rot machen, aber das funktioniert hier ja nicht … schade eigentlich. Zum anderen wollte ich noch sagen, dass die Formeln die verfasst hasst in einem ganz komischen Format bei mir ankamen. Aber siehe selbst :wink::

der Photoeffekt ist eines der wichtigsten Experimente der Quantenphysik. Es gibt davon aber mehrere Varianten. Einen guten Überblick bietet - wie immer Wikipedia :smiley: einfach mal photoelektrischer Effekt eingeben :wink:
Beim äußeren Photoeffekt beleuchtest du eine Metallplatte mit Licht. Unterhaalb einer gewissen Frequenz (~Farbe) des LIchts passiert nix, unabhängig davon, wie groß die Intensität des LIchts ist. Das ist sehr überraschend, da man erwarten würde, dass eine höhere Intensität (und damit letztlich vielleicht ? die Energie des Lichts) mehr Elektronen liefern würde. Diejenige Frage, die der Photoeffekt beantwortet, ist eben „Wo steckt die Energie im Licht?“. deswegen lass ich mal das fragezeichen noch unbeantwortet.
Ab einer bestimmten Frequenz (nicht Intensität!) stellt man tatsächlich fest, dass Elektronen ausgelöst werden. Nun ist deren Anzahl tatsächlich proportional zur Intensität – aber auch zur Frequenz.
Die Energie einer herkömmlichen (z. B. Wasser)welle ist proportional zu (dem Quadrat) der Amplitude.(Sollt ich wissen was eine Amplitude ist und sollt ich auch einen Bezug auf die klassische Wellen-Interpretation nehmen?) Insbesondere war im Zusammenhang mit der Energie aber nie die Frequenz aufgetaucht (oder Wellenlänge nach c = lambda f(???)).
Die Nobelpreiswürdige Erklärung von Einstein: Lichtquanten – kleine unteilbare Energieportionen (Energie eines Quants: E = h f – Frequenzabhängig!). Jetzt noch einmal der Ablauf des Experiments im Zusammenhang mit diesen Quanten.
Zum Auslösen eines Elektrons ist eine gewisse Arbeit notwendig, denn es gibt ja einen Grund, warum die Elektronen nicht von slebst rauskommen. Die werden festgehalten, und gegen diese Kraft muss man arbeiten. [Es ist auch sehr unwahrscheinlich, dass mehrere Photonen sich am gleichen Elektron betätigen, so dass wir davon ausgehen können, dass immer nur ein Photon (= Lichtquant) pro Elektron zugange ist(Wiso gehen wir davon aus?).] Unterhalb einer gewissen Frequenz ist aber die (frequenzabhängige) Energie der Photonen einfach zu klein. Die kannst du auch ausrechnen. Dafür braucht man die sogenannte Hubarbeit von der ich eben sprach. Die ist nur dummerweise materialspezifisch, so dass sie immer angegeben wird oder nachgeguckt werden muss. Sei sie mit W bezeichnet. Dann reicht die Energie der Photonen nicht, um die Elektronen auszulösen, wenn W > h f. Die intensität ist nun nicht mehr Energie pro Quant (die ist ja h f!) sondern einfach die Anzahl dieser Quanten. Wenn aber jedes einzelne nicht die Energi
e aufbringen kann, so hilft es nciht, mehr von ihnen draufzuschießen und die Intensität hochzufahren - die Elektronen werden immer noch nciht ausgelöst. Das erklärt den ersten Teil des Experiments.
Man erkennt nun, dass die Energie des Lichts nicht nur von der Intensität (= Menge der LIchtquanten) sondern eben auch von der Frequenz (= Energie pro Quant) abhängt. (Das weiß man unterbewusst eigentich auch so schon: das ist nämlich der Grund dafür, dass Röntgenlicht so gefährlich ist und Radiowellen so schwache Energien haben).
Der zweite Teil des Experiments ist nun noch einfacher zu erklären. Da ist offenichtlich W

Vielen Dank für deine schnelle Antwort… :smile:

Ich werde schauen inwieweit ich deine Ideen einbringen kann.

lg Vroni

Kann es sein, dass du hier die Gegenspannung meinst? Das hatte ich nämlich schon mal gelesen…

Ja.

Ja das mit dem Gegenfeld war mir zum schluss noch eingefallen und ich hab das nicht so gründlich gemacht, geb ich zu :smiley:
Also: die Metallplatte erzeugt ein (oft als homogen angenommenes) elektrisches Feld, gegen welches die Elektronen arbeiten müssen, wenn sie bis zur Platte durchkommen wollen. Das kann man quantifizieren, denn ein Elektron, das eine Spannung (im Fachjargon eig Potentialdifferenz) von U Volt durchfliegt, verliert (oder gewinnt, je nach der Richtung des Feldes, in diesem Fall verliert er sie natürlich) also verliert eU Joule. Wenn dann seine kinetische Energie aufgebraucht ist, kehrt das Elektron um und wird nunmehr im selben Feld beschleunigt. Aber eben in ne andere Richtung. Das ist das quantitative. Qualitativ wird er eben, falls er selbst zu langsam oder die Platte stark geladen schon früh abgestoßen, wenn er schnell genug oder Platte zu schwach geladen, dann wird er sie erreichen.
Jetzt muss man messen, wie viele Elektronen so an der Platte ankommen. Das hatte ich verschwiegen :wink: auf einer der vielen Zeichnungen zu dem Effekt wirst du einen Stromkreis finden, der von dem Metall, das man beleuchtet (zumindest glaub ich das so spontan :wink: schau dir mal die bildkan an, im zweifel sollte es zumindest im schulbuch eins geben) zu der Platte geht, die ja eben geladen ist (das ist dann ein zweiter strom"kreis"). Die Elektronen sind ja grade aus dem Metall raus und wollen da auch eig zurück (wegen elektronenmangel dort und elektronenüberschuss hier). Diesen Rückflussstrom misst man per feinem (!) Amperemeter, denn so viel ist das ja nicht - die paar Elektrönchen. Paar Millionen. Oder so. Was von Mikroampere habe ich gesehen. Wie auch immer. Hoffe das beantwortet halbwegs die zweite Frage.

Ja wie du die Platte auflädst, ist mir doch schnuppe. Handelsüblich würde man zu einem Netzteil greifen. Du kannst es natürlcih auch mit Haarkamm oder Van-de-Graaf-Generator versuchen :wink: Im ernst: natürlich brauchst du da etwas, wo du a) die Spannung einstellen und b) diese Spannung auch noch ablesen kannst (letzteres kann natülcih auch ein externes Messgerät leisten). Die Spannung einzustellen ist aber essentiell, denn das ist ja letztlich das, was du überhaupt misst – du regelst solange runter, bis dein Rückflussstrom gegen Null geht - dann rechnest du daraus die Energie aus.

Bitte nicht auf Stoßprozesse konzentrieren. Das ist viel zu kompliziert. Bei uns (LK) wurde immer gesagt „jaja die gibts, fertig“. An der nächsten Frage sieht man schon die komlexität des Probelms. Ich hatte den Hinweis mit dem Dazugewinn der Energie nur deswegen reingebracht, weil ja der Vorgang eines Stoßprozesses symmetrisch ist, d. h. wenn jemand energie verliert, muss die irgendwo bleiben, also sollte irgendwer Energie dazugewinnen. Die genauen Prozesse sollen uns nicht interessieren – zu denen kann ich dir leider auch nur eine eingeschränkte Auskunft geben :frowning: Jedenfalls solltest du wissen (und vllt sagen, am besten aber nur nebenläufig damit keiner von den Schlaumeiern aus dem Publikum auf die Idee kommt, nachzufragen :smiley: ), dass man eben nicht eine Energie hat, die alle Elektronen haben. Sie würdne zwar immer den gleichen Anteil der Photonenenergie mit auf den Weg bekommen, aber was alles passiert, bis du sie misst, weiß der Teufel.

Gliederung habe ich gelesen (ich hör doch nihct inner mitte auf :smiley: mitm lesen)

Ich würd nciht zu viel Animation machen, weil man auf der original nix sieht :smiley: das ist nunmal so ein stoff, wo man diese fallunterschiedungen mahcen muss (-> grenzfrequenz und das kannst du nur schlecht darstellen). Mein tipp wäre ernsthaft was zu erzählen, und nciht die seltsamen animationen vorführen, die so im netz herumzugeistern pflegen. Und man schreibt das mit der animation nicht in eine Gliederung, da denkt sich der Lehrer direkt der will nur animation zeigen.
Die schönen Unterpunkte die du gemacht hast, machen alle Sinn, aber leider nicht in der Reihenfolge. Also schon, aber so wirds keiner verstehen, was du erzählst. Besser wäre, wenn du das nicht so auf die vielen kleinen Fragen runterbrichst und die einzeln abhackst, sondern erst das große ganze vorstellst, und dann diesen Fragenkatalog als zusammenfassung nutzt. Das Problem beim Photoeffekt ist eben, dass das ein Wechselspiel verschiedener Prozesse / Sichtweisen ist. Ich würde es eher so aufbauen: Probleme, wenn man den Effekt wellenmäßig betrachtet, Was ist ein Photon, Welche Energie hat ein Photon, wieso gibt es eine grenzfrequenz, was passiert also darunter (keine Elektronen, unabh von Intensität) was ist intensität, was passiert oberhalb der frequenz. Natürlich sollte man am anfang (und nciht so wie ich am ende :smiley:) erklären, was und womit man misst, aber das hast du ja in Punkt 1. vor, wie ich das sehe. Die Geschichte des Photoeffekts überlasse ich freizügig deinen gestalterischen Fähigkeiten :wink:

Nicht verschweigen sollte ich, dass es auch einen inneren Photoeffekt gibt, der zB in Halbleitern (-> Solarzellen) sehr wichtig ist. Grundlagenforschungsmäßig ist der äußere wichtiger, aber den inneren nutzt du täglich, wenn du deinen Taschenrechner unters licht hältst (Solarzellen), bei Photodioden (da ist es allerdings der umgekehrte Photoeffekt usw).

P.S: Was ist ein Gfs?

Viele Grüße,

Wasilij