Wie Physiker Gelöst den photoelektrischen Effekt des Lichts

Die photoelektrischen Effekt war eine von vielen experimentellen Ergebnissen, die eine Krise für die klassische Physik um die Wende des 20. Jahrhunderts aus. Es war auch eine von Einstein erste Erfolge, und es bietet Beweis für die Quantisierung des Lichts. Hier ist, was passiert ist.

Wenn Sie Licht auf Metall, wie die Abbildung oben zeigt leuchten, erhalten Sie Elektronen emittiert. Die Elektronen absorbieren das Licht, das Sie leuchten, und wenn sie genug Energie bekommen, sie sind in der Lage frei von der Oberfläche des Metalls zu brechen. Nach der klassischen Physik ist, Licht nur eine Welle, und es kann eine beliebige Menge an Energie mit dem Metall auszutauschen. Wenn Sie Lichtstrahl auf ein Stück Metall, sollten die Elektronen im Metall, das Licht absorbieren und langsam genug Energie sammeln, um aus dem Metall emittiert werden. Die Idee war, dass, wenn Sie mehr Licht auf das Metall zu glänzen waren, sollten die Elektronen mit einer höheren kinetischen Energie emittiert werden. Und sehr schwache Licht sollte nicht in der Lage sein, Elektronen zu emittieren, überhaupt, nur in wenigen Stunden.

Aber das ist nicht das, was passiert ist - Elektronen wurden so schnell emittiert als jemand Licht leuchtete auf dem Metall. In der Tat, egal wie schwach die Intensität des einfallenden Lichts (und Forscher Experimente versucht, mit einem solchen schwachen Licht, das sie Stunden in Anspruch genommen haben, sollten keine Elektronen emittiert zu bekommen), Elektronen emittiert wurden. Sofort.

Experimente mit dem photoelektrischen Effekt zeigten, dass die kinetische Energie, K, der emittierten Elektronen nur von der Frequenz abhängig - nicht die Intensität - des einfallenden Lichts, wie man in dieser Figur sehen kann.

In der Figur

genannt wird, die Grenzfrequenz, und wenn man Licht mit einer Frequenz unterhalb dieser Schwelle auf dem Metall glänzen, werden keine Elektronen emittiert. Die emittierten Elektronen kommen aus dem Pool der freien Elektronen im Metall (alle Metalle haben einen Pool von freien Elektronen), und Sie müssen diese Elektronen mit einer Energie entspricht der Metallarbeit Funktion, W, zur Versorgung der Elektronen aus dem Metall des zu emittieren Oberfläche.

Die Ergebnisse waren hart klassisch zu erklären, so trat Einstein. Dies war der Anfang seiner Blütezeit um 1905 Ermutigt durch den Erfolg von Max Planck, Einstein postuliert, dass nicht nur wurden Oszillatoren quantisiert, aber so war Licht - in diskrete Einheiten genannt Photonen. Licht, schlug er vor, verhielten sich wie Partikel sowie Wellen.

Also in diesem Schema, wenn Licht mit einer Metalloberfläche trifft, treffen Photonen die freien Elektronen, und ein Elektron vollständig absorbiert jedes Photon. Wenn die Energie,

des Photons größer ist als die Austrittsarbeit des Metalls ist, wird das Elektron emittiert. Das ist,

wobei W die Austrittsarbeit des Metalls ist und K die kinetische Energie der emittierten Elektronen. Die Lösung für K gibt Ihnen die folgenden:

Die Arbeitsfunktion kann in Bezug auf die Grenzfrequenz ausgedrückt werden kann,

Sie können auch diese Möglichkeit, dies in Bezug auf die Grenzfrequenz schreiben:

So offensichtlich ist das Licht nicht nur ein Wellen- Sie es auch als Teilchen betrachten kann, das Photon. In anderen Worten, Licht quantisiert.