Grundprinzipien der Quantenphysik

J. Oswald, Grundprinzipien der Quantenphysik
3
I
S
I
U 1
U 1
U 2 U 3
U 4
U 5
U 2
U 3
U 0
ν 4
ν 3
ν 2
ν 1
ν
ν 5
ν 4
ν 3
ν 2
ν 5
U B
ν 1
Abbildung 1.1-2: Verschiedene Trends beim lichtelektrischen Effekt, qualitativ dargestellt.
(iii) Trägt man die Spannungswerte U 1 – U 5 , bei denen der Photostrom Null wird und die
zugehörigen Frequenzen ν 1 – ν 5 in ein Diagramm (Abbildung 1.1-2 rechts unten), so ergibt
sich ein linearer Zusammenhang = a + b ⋅ν
. Rechnet man auf die kinetische Energie
U 0
der Elektronen E kin
= e ⋅U
0
um, so erhält man:
Eqn. 1.1-1:
e ⋅U
0
= h ⋅ν
−
E
A
Der lineare Faktor der Geradengleichung entpuppt sich dabei als Planck’sches
Wirkungsquantum und die Konstante a transformiert sich in die Austrittsarbeit der
Photokathode. Die Konstante h ist deshalb eine universelle Naturkonstante, weil keinerlei
Materialparameter eingehen, sondern ein direkter Zusammenhang zwischen Energie und
Frequenz hergestellt wird, der bislang keine Entsprechung in der klassischen Physik findet.
Eine konsistente Deutung dieses Sachverhaltes ist nur möglich, wenn man annimmt, dass
das Wellenfeld des Lichtes aus endlichen diskreten Energieportionen (Quanten) besteht,
die man als Photonen („Lichtteilchen“) bezeichnet. Die Energie eines solchen Photons
beträgt
Eqn.1.1-2: E = Ph
h ⋅ν
h ist das Planck’sche Wirkungsquantum und ν die Frequenz.
Ausschließlich zur Benützung in Verbindung mit der gleichnamigen Vorlesung !