Photoeffekt

Sommer - Sonne - Sonnenschein! Die meisten von uns bekommen von dieser so genannten "UV-Strahlung" eine gerbräunte Haut. Doch viele wissen gar nicht, wieso sie nur bei von den Sonnenstrahlen - der UV-Strahlung - eine braune Haut bekommen und die Glühlampe zu Hause im Wohnzimmer nicht den gleichen Effekt hat. Albert Einstein und Max Planck beschäftigten sich sehr ausführlich mit diesem so genannten lichtelektrischen Effekt, bei dem die unterschiedlichen Strahlungsarten die Grundlage für die Übertragung zum Beispiel an unsere sind.

Der Versuchsaufbau zu diesem lichtelektrischen Effekt (Photoeffekt) sieht dabei wie folgt aus: Unser Haut wird einen Kondensator simuliert, der aufgeladen werden kann und statt des Sonnenlichts verwendet man das Licht einer Quecksilberdampflampe, welche UV-Strahlung simuliert. Um den Photoeffekt im Unterricht zu demonstrieren, schließt man eine Zinkplatte an ein Strommessgerät an und bestrahlt diese mit dem Licht einer Quecksilberdampflampe. Zuvor wird die Zinkplatte entweder positiv oder negativ aufladen (siehe Abbildung rechts). Bekannt ist allerdings auch der Versuch nach dem Prinzip der Gegenfeldmethode

Beobachtung (Zinkplatte vorher negativ): Die Zinkplatte ist negativ aufgeladen, es herrscht also ein Elektronenüberschuss. Auf dem Messgerät ist zu sehen, dass die Zinkplatte mit einem Mal sehr stark entladen wird und dann nur noch langsam weiter entladen wird. Wieso wird die Zinkplatte überhaupt entladen? Genau dies ist der Photoeffekt: Die hoch energetische UV-Strahlung löst Elektronen aus der Oberfläche der Zinkplatte und somit wird die Platte wieder "positiver"!

Beobachtung (Zinkplatte vorher negativ): 
Die Zinkplatte ist zunächst positiv aufgeladen, es herrscht also schon ein Elektronenmangel. Durch den lichtelektrischen Effekt können aus diesem Grund kaum mehr weitere Elektronen aus der Oberfläche gelöst werden, da diese zu sehr vom Material "festgehalten" werden. Die Ladung geht in diesem Fall also nicht zurück und es ändert sich nichts!

Was bewirkt die Änderung der Intensität des Lichtes?

Wie wir uns alle vorstellen können, ist Licht mit höherer Intensität heller, es "strahlt" sozusagen einfach mehr als Licht geringer Intensität. Dies führt dazu, dass die Anzahl der Elektronen, die ausgelöst werden, in einem bestimmten Zeitintervall mehr werden. Einfacher gesagt: Mehr Licht führt dazu, dass der Photoeffekt schneller abläuft, jedoch hat sie sonst keine Auswirkung auf den Effekt. Ein Licht von einer höheren Intensität löst genauso viele Elektronen aus einer Oberfläche, wie ein Licht niedriger Intensität, es dauert nur eben nicht so lange!

Zwei Methoden für die Durchführung des Photoeffekts
Auflandung eines Kondensators: Wie oben in der Abbildung zu sehen und mit der Zinkplatte beschrieben, kann man in einem Stromkreis auch einfach einen Kondensator aufladen und die Spannung an diesem Kondensator messen. 
Gegenfeldmethode: Eine andere Methode ist die Gegenfeldmethode (siehe Abbildung links), bei der zusätzlich zum Photoeffekt eine "Gegenspannung" erzeugt wird, sodass eigentlich kein Elektron zur Elektrode in die Mitte kommt. Zusätzlich wird dann registriert, ob Elektronen auf die Elektrode treffen. Treffen keine Elektronen mehr auf diese Elektrode so hat man die Grenzspannung erreicht. Dies ist die gleiche Spannung, wie beim Aufladen des Kondensators erreicht würde.

Zusammenfassung
Durch den lichtelektrischen Effekt (Photoeffekt) bekommen Elektronen von der Strahlung des Lichtes genug Energie, um sich aus der Oberfläche eines Materials zu lösen. Dies funktioniert auf dem ersten Blick wohl nur mit UV-Strahlung, nicht mit sichtbaren Licht aus der Lampe im Klassenraum. Die Intensität spielt eine untergeordnete Rolle, sie ist nur für die "Schnelligkeit" des Effekts verantwortlich. 

Mehr dazu in den Kapiteln "Planck'sches Wirkungsquantum" und "Einsteins Lichquantenhypothese"!