Bestimmen Sie die Wellenlänge des einfallenden Lichts. Photoelektronen werden aus einem Material herausgeschleudert, wenn Licht auf die Oberfläche fällt. Unterschiedliche Wellenlängen führen zu unterschiedlicher maximaler kinetischer Energie.
Sie können beispielsweise eine Wellenlänge von 415 Nanometern auswählen (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter).
Berechnen Sie die Frequenz des Lichts. Die Frequenz einer Welle ist gleich ihrer Geschwindigkeit geteilt durch ihre Wellenlänge. Für Licht beträgt die Geschwindigkeit 300 Millionen Meter pro Sekunde oder 3 x 10^8 Meter pro Sekunde.
Für das Beispielproblem beträgt die Geschwindigkeit geteilt durch die Wellenlänge 3 x 10^8 / 415 x 10^-9 = 7,23 x 10^14 Hertz.
Berechne die Energie des Lichts. Einsteins großer Durchbruch war die Feststellung, dass Licht in winzig kleinen Energiepaketen kommt; die Energie dieser Pakete war proportional zur Frequenz. Die Proportionalitätskonstante ist eine Zahl namens Planck-Konstante, die 4,136 x 10^-15 eV-Sekunden beträgt. Die Energie eines Lichtpakets ist also gleich der Planckschen Konstanten x der Frequenz.
Die Energie der Lichtquanten für das Beispielproblem beträgt (4,136 x 10^-15) x (7,23 x 10^14) = 2,99 eV.
Schlagen Sie die Austrittsarbeit des Materials nach. Die Austrittsarbeit ist die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Elektron von der Oberfläche eines Materials loszulösen.
Wählen Sie für das Beispiel Natrium mit einer Austrittsarbeit von 2,75 eV.
Berechnen Sie die überschüssige Energie, die das Licht trägt. Dieser Wert ist die maximal mögliche kinetische Energie des Photoelektrons. Die von Einstein bestimmte Gleichung lautet (maximale kinetische Energie des Elektrons) = (Energie des einfallenden Lichtenergiepakets) minus (Austrittsarbeit).
Für das Beispiel beträgt die maximale kinetische Energie des Elektrons: 2,99 eV - 2,75 eV = 0,24 eV.
Richard Gaughan wurde erstmals 1998 veröffentlicht und hat zu Publikationen wie "Photonics Spectra", "The Scientist" und anderen Zeitschriften beigetragen. Er ist Autor von "Accidental Genius: The World's Greatest By-Chance Discoveries". Gaughan hat einen Bachelor of Science in Physik von der University of Chicago.