Basiswissen

Mit Licht, spezielle mit ultraviolettem Licht^[8], kann man Elektronen aus Metallen „herausschlagen“ Das wurde Ende des 19ten Jahrhunderts entdeckt. Heute spricht man vom Hallwachs-Effekt.^[7] Dabei beobachtete man jedoch seltsame Phänomene: wenn man die Einstrahlung des Lichts änderte, egal wie schwach, wurden immer noch Elektronen aus dem Metall gelöst. Verringerte man jedoch die Frequenz des eingestrahlten Licht, wurden plötzlich gar eine Elektronen mehr herausgelöst. Das war mit der damaligen Vorstellung von Licht als etwas Wellenartiges nicht zu erklären.

Definition

Beeinflussung von Metallelektronen durch Licht: unter dem Begriff photoelektrischer Effekt^[2], kurz auch Photoeffekt^[6], werden drei nah verwandte, aber unterschiedliche Prozesse der Wechselwirkung von Photonen mit Materie zusammengefasst. In allen drei Fällen wird ein Elektron aus einer Bindung – z. B. in einem Atom oder im Valenzband oder im Leitungsband eines Festkörpers – gelöst, indem es ein Photon absorbiert. Die Energie des Photons muss dazu mindestens so groß wie die Bindungsenergie des Elektrons sein. Man unterscheidet drei Arten des photoelektrischen Effekts:

1. Innerer photoelektrischer Effekt

Der innere photoelektrische Effekt tritt in Halbleitern auf. Die Elektronen verlassen dabei den Festkörper nicht, sie bleiben im Metall. Man unterscheidet dann weiter zwei Fälle: Als Photoleitung bezeichnet man die Zunahme der Leitfähigkeit von Halbleitern durch Bildung von nicht aneinander gebundenen Elektron-Loch-Paaren. Darauf aufbauend ermöglicht der photovoltaische Effekt die Umwandlung von Licht- in elektrische Energie.^[1]

2. Äußerer photoelektrischer Effekt

Als äußeren photoelektrischen Effekt, auch Photoemission genannt^[5], bezeichnet man das Herauslösen von Elektronen aus einer Halbleiter- oder Metalloberfläche durch Bestrahlung. Dabei treten Elektronen erst ab einem bestimmten Schwellenwert der Photonenfrequenz aus dem Metall aus. Diese Bedeutung ist meistens gemeint, wenn in der Schulphysik vom Photoelektrischen Effekt die Rede ist. Mehr dazu unter Photoemission ↗

3. Atomarer Effekt

Unter Photoionisation (auch atomarer Photoeffekt) schließlich versteht man die Ionisation von einzelnen Atomen oder Molekülen in Gasform durch Bestrahlung mit Licht genügend hoher Frequenz. Siehe auch Photoionisation ↗

Synonyme

Photoelektrischer Effekt^{[1] ↗}

Lichtelektrischer Effekt ↗

Photoeffekt^{[3] ↗}

Fußnoten

[1] Robert Andrews Millikan: A Direct Photoelectric Determination of Planck's "h". In: Physical Review. Band 7, Nr. 3, März 1916, S. 355–388, doi:10.1103/PhysRev.7.355. Online: http://mapageweb.umontreal.ca/leonelli/PHY3320/millikan.pdf

[2] Das Halliday Lehrbuch der Physik spricht vom photoelektrischen Effekt. In: David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker: Halliday. Physik. Englischer Originaltitel: Fundamentals of Physics. Wiley-VCH Weinheim. 2007. ISBN: 978-3-527-40746-0. Dort die Seite 814.

[3] Weidner und Sells sprechen vom Photoeffekt. In: Richart T. Weidner; Robert Sells: Elementare moderne Physik. Verlag Friedrich Vieweg & Sohn, Ausgabe von 1982. ISBN: 3-528-8415-4. Dort die Seiten 105 und 420. Siehe auch Elementare moderne Physik ↗

[4] Das Spektrum Lexikon der Physik definiert: "Beim inneren P., zu beobachten an Halbleitern und Isolatoren, wird die elektrische Leitfähigkeit durch die entstehenden Elektron-Loch-Paare erhöht (Photoleitfähigkeit)." In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 15. Mai 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/optik/photoeffekt/2483

[5] Der Gleichsetzung von äußerem photoelektrischem Effekt und Photoemission folgt zum Beispiel das Spektrum Lexikon der Physik. In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 16. Mai 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/optik/photoeffekt/2483

[6] Der Gleichsetzung von photoelektrischem Effekt und Photoeffekt als Überberbegriff folgt zum Beispiel das Spektrum Lexikon der Physik. In: Spektrum Lexikon der Physik. Abgerufen am 16. Mai 2024. Online: https://www.spektrum.de/lexikon/optik/photoeffekt/2483

[7] Wilhelm Ludwig Franz Hallwachs (1859 bis 1922): Ueber die Electrisierung von Metallplatten durch Bestrahlung mit electr. Licht. In: Annalen der Physik, Bd. 270 = Wied. Ann. 34, 1888, S. 731–734. Siehe auch Hallwachs-Effekt ↗