Der Photoeffekt (genauer gesagt, der äußere fotoelektrische Effekt) war einer der ersten Quanteneffekte, die theoretisch beschrieben wurden. Daher ist das Experiment ein Grundstein der Quantentheorie.
Der Photoeffekt wird erklärt durch eine Quantisierung des Lichts. Das Licht wird beschrieben durch eine Anzahl von Photonen (die Quanten des elektromagnetischen Felds). Ein Photon kann ein Elektron aus dem Metall lösen. (Bei moderaten Intensitäten, bei hohen Intensitäten müssen Mehrphotonen Prozesse beachtet werden.) Das Elektron trägt die Energie des Photons, dass nicht für die Lösung der Bindung benötigt wurde.
Der Photoeffekt wurde 1839 Becquerel gefunden. 1905 erkläre Einstein den Effekt mit Photonen der Energie E = hf, bei monochromatischem Licht der Frequenz f. Dabei h eine Naturkonstante, das Plancksche Wirkungsquantum. Für diese Arbeit auf dem Bereich der Quantentheorie bekam Einstein den Physik-Nobelpreis 1921.
Neben dem Photoeffekt, die einen Teilchencharakter des Lichts zeigt, sollte auch die Interferenz des Lichts am Doppelspalt stehen, die den Wellencharacter des Lichts zeigt.
Der Comptoneffekt ist das zweite Experiment, mit dem die Photonen gezeigt wurden. Also das erste Experiment, dass die Quantentheorie bestätigte. Der Photoeffekt wurde zuerst im Experiment gesehen. Passend zum Experiment wurde die Theorie des Photons entwickelt. Diese Theorie musste zum Experiment passen, sonst wäre die Theorie verworfen worden.
Der Comptoneffekt wurde erst 1922 beobachtet, also ein Experiment, das die bestehende Theorie kontrolliert.
Bei der Erzeugung der Röntgenstrahlen mit einer Röntgenröhre ist wieder die Quantisierung der Photonen sichtbar. Die Energie eines einzelnen Elektrons in der Röhre ist abhängig von der Beschleunigungsspannung. Das energiereichste Photon ist ein Photon, dass die gesamte Energie eines Elektrons übernommen hat. Über den Zusammenhang E = hf aus der Quantentheorie zwischen Energie des Photons und Wellenlänge des Lichts ergibt sich eine untere Wellenlänge des Röntgenlichts.
Beim Photoeffekt wurde die Energie eines Photons auf ein Elektron übertragen. Bei der Röntgenröhre wird die Energie eines Elektrons auf Photonen übertragen. Beide Experimente werden beschrieben mit Photonen, den Lichtquanten.
(Einstein hat neben der Theorie des Photoeffekts weitere wichtige Beiträge zur Quantentheorie geliefert. Zum Beispiel eine erste Quantentheorie über die Absorption, spontane Emission und induzierte Emission von Photonen. Das war die Grundlage der Laserphysik. Das umfangreich diskutierte Einstein-Podolsky-Rosen-Gedankenexperime… die Theorie der Bose-Einstein-Kondensation sind zwei seiner Beiträge zur Quantentheorie, die bis heute Einsteins Namen tragen.)

• P4 sagt:

  24. April 2010 um 02:00 Uhr

  Gar keine …
  Mit der Quantentheorie kann man die theoretishen Werte dafür berechnen. Sie ist sowas wie ein Werkzeug die dinge theoretisch zu beschreiben. Und solange es funktioniert wird man es verwenden … 😉
  Es sind beobachtbare Effekte, die man nachweisen und auch auf anderen Wege nachrechnen kann.
  Einstein z.b. hat den Photoeffekt gefunden (und hat dafür auch sein Nobelpreis bekommen) hat aber der Quantenmechanik kaum beachtung geschenkt. Er hat sie quasi ignoriert …
  Übrigens Röntgenstrahlerzeugung und Comptoneffekt sind Effekte die ähnlich wie der Photoeffekt sind und auf den gleichen Mechanismen beruhen. (Absorption und Emission von Photonen)
  das einzige was diese wirklich zeigen ist das die Quantenmechnaik mit einer grundlegenden Behauptung recht haben: die Energien der Elektronen die gebunden an den Atomen sind, sind diskret.
  Grundlegend auf dieser Behauptung spuckt die Quantenmechanik z.b. die Molekülorbitale aus.
  Aber das die Energien diskret sind, das hat auch schon Bohr behauptet, bevor es die Quantentheorie gab. allerdings zählt Bohr zu einer der Mitbegründer der Quantentheorie.
  Da könntest du auch Fragen: welche Bedeutung haben Hebel für die klassische Mechanik ? Gar keine … mit der klassischen Mechanik kann man aber Hebel berechnen … 😉