Fotoelektrischer Effekt
Photonenergie, Gegenspannung und Photostrom mit vorgegebener Lichtleistung und Effizienz erkunden.
Über dieses Tool
Alle gültigen Änderungen wirken sofort, auch beim ersten Öffnen. Materialbeispiele setzen die Austrittsarbeit; Eigene Werte öffnet Optionen für die exakte Austrittsarbeit und den angenommenen Quantenertrag η. Die voreingestellten 10% sind illustrativ, keine gemessene Materialeigenschaft. Austrittsarbeiten hängen im Experiment von der Oberfläche ab. Exakte Wellenlängen- und Spannungsfelder haben direkte Regler; ein Klick in die I–V-Grafik setzt die Spannung. Positive Anodenspannung zieht Elektronen an, negative bremst sie. Zurücksetzen stellt alle Standardwerte her und leert die Modellpunkte.
Die Photonenergie ist hf = hc/λ. Übersteigt sie φ, beträgt die maximale kinetische Energie hf − φ und die Gegenspannung V₀ = (hf − φ)/e. Unterhalb der Schwelle gibt es unabhängig von der Lichtleistung keine Photoemission. Genau an der Schwelle ist die ausgehende kinetische Energie null; dieses Modell setzt dort keinen endlichen Strom an. Nicht verfügbare kinetische Energie und Gegenspannung erscheinen als Striche. Lichtleistung und η ändern V₀ nicht.
Für Lichtleistung P in Watt und konstant angenommene Elektronenausbeute η gilt I_sat = η e P/(hf). Bei fester Wellenlänge wächst der Strom linear mit P; bei fester Leistung liefern längere Wellenlängen mehr Photonen. Die reale Ausbeute hängt von Wellenlänge und Material ab. Die Lehrkennlinie nimmt gleichverteilte effektive Austrittsenergien senkrecht zur Oberfläche an: I = 0 für V ≤ −V₀, I = I_sat(1 + V/V₀) für −V₀ < V < 0 und I = I_sat für V ≥ 0. Keine kalibrierte reale Röhrenkennlinie; Dunkelstrom, Kontaktpotential, Winkelverteilung und Mehrphotoneneffekte sind nicht enthalten.
In der Einstein-Ansicht werden berechnete Punkte für verschiedene Wellenlängen oberhalb der Schwelle gesammelt. Doppelte Punkte sind deaktiviert. Material- oder Austrittsarbeitsänderungen leeren die Reihe; Leistung, Spannung und Effizienz erhalten sie. Höchstens 24 Punkte werden behalten. Ein zentrierter linearer Fit benötigt getrennte Frequenzen und zeigt h in J·s sowie die Austrittsarbeit aus dem Achsenabschnitt. Die rauschfreien Punkte stammen aus dem bekannten h: Der Fit ist eine Konsistenzdemonstration, keine Messung der Planck-Konstante.
Die optionale achtsekündige Skizze nutzt Bahnen im homogenen Feld; jede Flugzeit wird für die Darstellung skaliert. Zu langsame Elektronen kehren zur Kathode zurück. Emission kann daher auch bei Kollektorstrom null stattfinden. Farben, Teilchenzahlen und Zeit sind keine realen Detektorzählungen oder Flugzeiten. Pause, Änderungen, Ansichtswechsel und ausgeblendete Seiten stoppen das Abspielen. Reduzierte Bewegung deaktiviert es. Gültige Einstellungen bleiben bei Navigation erhalten; Ergebnisse und Punktreihe beginnen neu.
Nur rohe Eingabetexte, Material und Ansicht bleiben erhalten, auch unvollständige, ungültige oder mit Dezimalkomma; bisherige gültige Zahlenwerte werden übernommen. Berechnete Ströme, Modellpunkte, Fitkonstanten und Abspielpositionen werden nicht gespeichert. Neuladen berechnet die gewählte Ansicht neu und beginnt ohne Punktreihe.