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Alexander Fufaev

Austrittsarbeit - Photoeffekt

aus dem Bereich: Theorien
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Definition

Austrittsarbeit W - ist eine Energiemenge, die bei Bestrahlung einer Metallplatte überwunden werden muss, um nicht gebundene Elektronen der Metallplatte aus der Oberfläche herauszuschlagen. Der Wert der Austrittsarbeit wird meistens in J oder eV angegeben.

Formel für Austrittsarbeit
diese Energiemenge muss vom Licht überwunden werden, damit Photoeffekt eintritt:
\[ W ~=~ h\,f_0 \]
  • f0: Grenzfrequenz in Hz
  • h: Wirkungsquantum 6.626 · 10-34Js
Photoeffekt: Energie-Freuquenz-Diagramm (Dispersionsrelation)
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Beim Experiment zum Photoeffekt kommt ein linearer Zusammenhang zwischen kinetischer Energie der herausgelösten Elektronen \( E_{\text{kin}} \) und Photonenfrequenz \( f \) heraus. Die Austrittsarbeit \( W \) ist dabei der y-Achsenabschnitt.

Bei Bestrahlung des Metalls mit Licht, welches eine Frequenz f besitzt, können zwei Fälle eintreten:

  1. EP < W - die Photonenenergie EP ist kleiner als die Austrittsarbeit des Metalls, weshalb kein Photoeffekt eintritt. Das heißt unter anderem, dass das Licht eine kleinere Frequenz hat als die für den Photoeffekt notwendige Grenzfrequenz f0.
  2. EP > W - die Photonenenergie ist größer als die Austrittsarbeit, weshalb das einfallende Licht Elektronen herauslösen kann. In diesem Fall hat dieses Licht eine größere Frequenz als die Grenzfrequenz.

Im ersten Fall passiert gar nichts! Im zweiten Fall dagegen, wird die Austrittsarbeit überwunden und es bleibt ja noch eine Restenergie über, die der Differenz der Photonenenergie und der Austrittsarbeit entspricht: EP - W.

Diese Restenergie wird dem Elektron in Form von kinetischer Energie Ekin mitgegeben: \[ E_{\text{kin}} ~=~ E_{\text P} ~-~ W \]

Du kannst also auf die Austrittsarbeit des bestrahlten Materials schließen, wenn Du Photonenenergie und kinetische Energie der Elektronen kennst: \[ W ~=~ E_{\text P} ~-~ E_{\text{kin}} \]

Die kinetische Energie entspricht dabei genau der Energie im Plattenkondensator, die mithilfe der Gegenspannung \( U_{\text G} \) aufgebracht werden muss, um die Elektronen zu stoppen:

Formel: Austrittsarbeit \[ W ~=~ h \, f ~-~ e \, U_{\text G} \]

Beispiele für Austrittsarbeit

Bestrahltes Material und seine Austrittsarbeit
Material Austrittsarbeit
Aluminium 4.20 eV
Caesium 1.94 eV
Eisen 4.63 eV
Zink 4.34 eV
Platin 5.36 eV
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