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Kurz gesagt: Der Photoelektrische Effekt tritt dann ein, wenn Elektronen sich unter der Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Atom oder Atomverband lösen. Ein anderer Begriff ist Photoeffekt oder Hertz-Effekt. Dieser Effekt bezieht sich besonders auf Oberflächen aus Metall und ist damit auch für die Elektronik wichtig. In der klassischen Physik lässt sich dieser Effekt kaum erklären, weshalb hier die Quantentheorie einspringen muss. Der Effekt veranlasste Albert Einstein zur Verfassung seiner Lichtquantenhypothese, in der er beschrieb: Jedes Photon verfügt über eine gewisse Menge an Energie. Sobald ein Photon auf eine Metalloberfläche trifft, gibt es seine gesamte Energie an ein Metallelektron ab. Reicht die Energie zur Überwindung der Austrittsarbeit aus, dann verlässt das Elektron die Metalloberfläche.
Photonen sind Wechselwirkungsteilchen der elektromagnetischen Strahlung. Aus diesem Grund nennt man sie auch Lichtquant oder Lichtteilchen. Es handelt sich um ein Elementarteilchen ohne Masse, jedoch verfügen Photonen über Energie.
Generell unterscheidet man zwischen zwei Photoeffekten: Auf der einen Seite gibt es den äusseren Photoeffekt, auf der anderen den inneren Photoeffekt. Der äussere Photoeffekt wird auch als Photoemission und Hallwachs-Effekt bezeichnet. In diesem Fall können die Photonen in der Strahlung (UV-Strahlung, Infrarot oder sichtbares Licht) die Elektronen aus dem Metall komplett verdrängen. Sie geben ihre Energie an die Elektronen ab. Die Elektronen verfügen nun über kinetische Energie und treten aus. Experimente bezüglich des Photoelektrischen Effekts lassen sich etwa mit Halbleitern, metallischen Platten oder mit einer Kombination einer Kathode und einer Anode ausführen. Ob die Photonen in der Lage sind, die Elektronen aus der Platte zu drängen, hängt von der Wellenlänge, also von der Frequenz ab. Der messbare Austritt der Elektronen nennt sich Photostrom. Mithilfe einer Kathode und einer Anode kann er nachgewiesen werden, da bei einem Photostrom die Elektronen von der Kathode zur Anode wechseln. Die Kathode verfügt dann über eine positive Ladung und die Anode über eine negative Ladung. Ausserdem entsteht dabei eine Spannung.
Die Gegenfeldmethode ist eine Methode zum Nachweis des äusseren Photoelektrischen Effekts. Damit lässt sich auch die Austrittsarbeit des Materials ermessen, aus der die Kathode besteht. Bei den Versuchen verwendet man eine Quecksilberdampflampe. Das Licht dieser Lampe wird durch einen Interferenzfilter oder einen Monochromator gefiltert und auf die Kathode gebündelt. Dabei ist ein Vakuum notwendig, damit die Oberfläche der Kathode vor Oxidation geschützt ist. Dann wird eine Spannung zwischen der Kathode und der Anode erzeugt. Ein empfindliches Amperemeter misst dann die dabei entstehende Gegenspannung aus dem Photostrom.
Der innere Photoeffekt beschreibt den Photoeffekt bei Halbleitern. Darunter versteht man auch die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit von Halbleitermaterialien bei der Bestrahlung. Dabei kommen Elektron-Loch-Paare zum Einsatz. Durch die Bestrahlung vertreiben die Photonen die Elektronen aus einem Valenzband in ein höher gelegenes Leitungsband. Der Photovoltaische Effekt basiert auf diesem Prinzip. Es ist dieser Effekt, der die Umwandlung von Licht in Energie ermöglicht. Photodioden, auch Solarzellen genannt, machen sich den Photostrom zunutze und erzeugen dadurch elektrische Energie aus dem Licht der Sonne. Ohne diesen Effekt – und ohne die Entdeckung der Lichtquanten – gäbe es möglicherweise keine Solarenergie.
Der Grund, warum sich der Photoelektrische Effekt lange Zeit nicht erklären liess: Man stellte sich das Licht ganz klassisch als eine Welle dar. Eine Welle verfügt über eine Energie, die von ihrer Amplitude (Intensität) abhängt. Bei einer Bestrahlung von Materie durch eine Welle sollte normalerweise die Materie die Energie der Welle aufnehmen. Nach früherer Vorstellung entschied die Wellenlänge darüber, wie schnell die Materie die Energie aufnehmen würde. Kürzere Wellenlängen bedeuteten hohe Frequenzen und damit eine schnellere Energieabgabe. Allerdings stellte sich heraus, dass die Materie die Energie in der Strahlung sofort (instantan) aufnimmt.
Das bisherige Modell des Lichts war demnach nicht geeignet, den Photoelektrischen Effekt zu beschreiben. Stattdessen führte Albert Einstein die Lichtquanten (Photonen) ein. Die Lichtquanten sind zählbare Teilchen und enthalten die Energie in der Strahlung des Lichts. Sie bewegen sich als eigenständige Teilchen und lassen sich nur als Ganzes absorbieren. Die Energie der Lichtquanten ist abhängig von der Wellenlänge. Sobald diese Lichtquanten auf Materie treffen, ersetzen sie die Elektronen und geben ihre Energie weiter. Ein Elektron absorbiert genau ein Photon. Das Photon oder Lichtquant gibt seine gesamt Energie ab und existiert dann nicht mehr.
Das Potenzial, aus dem Lateinischen potentia für Kraft oder Leistung, bedeutet in der Physik, eine Arbeit zu verrichten. Als physikalische Grösse der klassischen Elektrodynamik, die sich sowohl mit der zeitlichen Veränderung von elektrischen und magnetischen Feldern als auch mit der Bewegung von elektrischen Ladungen innerhalb dieser Felder beschäftigt, ist ihr grundlegendes Merkmal die elektromagnetische Wechselwirkung. Der Elektromagnetismus gehört zu den vier Grundkräften der Physik und ist für die meisten alltäglichen Phänomene, wie natürliches Licht und Elektrizität, verantwortlich. Zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Teilchen wird durch Arbeit, das Verschieben eines Teilchens, eine Potenzialdifferenz aufgebaut. Dies ist die elektrische Spannung U in Volt.
Leuchtmittel wie Glühbirnen sind im Alltag essentiell. Meistens denken wir nicht weiter über sie nach, aber sobald eine Glühbirne durchbrennt, stehst du vor der Frage, wie du sie fachgerecht loswirst. Nicht alle Glühbirnen gehören einfach in den Abfall, sondern sollten umweltfreundlich entsorgt werden. Sie können nämlich unter anderem hoch giftiges Quecksilber enthalten. Ausserdem kann das Glas brechen und zu Verletzungen führen. In diesem Beitrag geben wir dir Tipps für die richtige Entsorgung von Glühbirnen, Energiesparlampen und Leuchtstoffröhren. So trägst du zum Recycling bei und kannst sicher sein, dass deine alten Leuchtmittel niemanden von der Müllabfuhr verletzen.
Die Sternschaltung ist neben der Dreiecksschaltung eine der am häufigsten verwendeten Stromschaltungen in der Elektrotechnik. Beide Schaltsysteme haben ihre Vorteile und es auch gibt einige Gemeinsamkeiten bei diesen beiden Drehstromsystemen. Jedoch gibt es auch Unterschiede und in vielen Bereichen hat die Sternschaltung einen klaren Vorteil. Wie eine Sternschaltung genau aufgebaut ist und was ihre Vorteile sind, erfährst du hier.
In unserer modernen Welt ist die Stromversorgung eine der wichtigsten Aufgaben. In der Schweiz wird das Stromnetz auf der höchsten Ebene seit 2009 durch die Swissgrid AG organisiert, die für die Versorgungssicherheit auf Landesebene verantwortlich ist. Das Stromnetz der Schweiz ist aber nicht nur für die Schweiz da: Durch seine zentrale Lage im Westalpenraum ist das Land eine wichtige Transitstation für den Stromtransfer zwischen den grossen westeuropäischen Ländern.
Verteilerschränke der Strom- und Telefonnetzbetreiber sind überall an Strassen und Grundstücken zu sehen. Doch Verteilerkästen verbergen sich auch in Gebäuden – meist hinter unauffälligen Klappen oder Platten in Wänden. Sie können Heiz- oder Stromverteiler enthalten. In Fluren, Treppenhäusern oder anderen öffentlich zugänglichen Räumen sind sie zumeist abgeschlossen, was zu Problemen führt, wenn eine Reparatur ansteht und der Schlüssel fehlt. Die wichtigsten Verteilerkästen in privaten Räumen sind die Sicherungskästen der elektrischen Hausinstallation. Ein Sonderfall ist der Bauverteiler, der nur den Hauptstromanschluss und einige Steckdosen enthält. Je nach Grösse der Baustelle kann das ein kleiner Kasten oder ein grösserer Schrank sein.
Schon im Kindergartenalter spielt der Nachwuchs gerne mit Leitungen und Drähten, einem kleinen Stromanschluss über Batterien und farbigen Lämpchen. So erarbeiten sich Kinder die Grundlagen der Elektrotechnik, lernen Physik, bauen ihre ersten Stromkreise und verstehen, was ein Kurzschluss ist. Anleitungen führen durch die kindgerechten Experimente. Nun darf aber nicht jeder, der sich diese Grundlagen früh selbst vermittelt hat, deshalb die Elektrik eines Hauses installieren. Diese Leistung bleibt Fachleuten vorbehalten, die sich mit Schaltanlagen und Schaltschränken in grossen Unternehmen genauso auskennen wie mit dem Elektroschaltplan für das Einfamilienhaus. Wir haben die häufigsten Fragen zu Elektroverteilungen zusammengetragen!