Photoelektrischer Effekt

Motivation
Photoeffekt (auch photoelektrischer Effekt), allgemeiner Begriff für die Bildung und Freisetzung von elektrisch geladenen Teilchen aus Materie, wenn diese mit Licht oder andererelektromagnetischer Strahlung bestrahlt wird. Beim äußeren Photoeffekt, der hier betrachtet wird, werden Elektronen durch Photonen aus der Oberfläche eines metallischen Leiters freigesetzt.
Dieser Effektwurde 1887/88 von Heinrich Hertz und W. Hallwachs entdeckt. Die Erforschung des äußeren Photoeffekts spielte eine große Rolle in der Entwicklung der modernen Physik. Ursprünglich ging man nämlich davonaus, Licht sei eine elektromagnetische Welle und alle Phänomene ließen sich durch den Wellencharakter beschreiben. Erst durch die Entdeckung des Photoeffekts wurde klar, dass Licht in bestimmtenSituationen auch Teilcheneigenschaften besitzt (1905 von Einstein postuliert, Nobelpreis 1921) und man sich vom reinen Wellenbild verabschieden musste.
Der Welle-Teilchen-Dualismus war geboren.

PrinzipIn einem evakuierten Gaskolben befindet sich eine Metallplatte (Photokathode, im Bild rosa eingefärbt) und gegenüberliegend eine ringförmige Anode. Wird nun die Kathode mit Licht bestrahlt, werdenElektronen aus dem Metall herausgelöst und gelangen zur Anode. Dort können sie mit einem Amperemeter A als Anodenstrom nachgewiesen werden.
Um die Energie der emittierten Elektronen zu ermitteln kannzwischen Kathode und Anode eine Gegenspannung angelegt werden. Man erhöht die diese Spannung so lange bis kein Strom mehr fließt, ihre Energie berechnet sich dann ganz einfach nach folgender Formel:Folgende Widersprüche ergeben sich bei diesem Experiment zur klassischen Theorie:

◦ Die kinetische Energie der Elektronen müsste sich bei Beleuchtung mit hellerem Licht erhöhen, was nichtbeobachtet wird. 
Beleuchtet man die Photokathode mit doppelter Intensität, verdoppelt sich zwar der Photostrom (also die Anzahl der Elektronen, die pro Zeiteinheit die Photokathode erreichen),...