Einstein, der Fotoeffekt

und Dessous

Roland Görlich 12. Mai 2006

Vortrag im Rahmen der

Langen Nacht der Mathematik

Albert Einstein

Lichtquantenhypothese – 1905 (Nobelpreis für Physik 1921)

Der Fotoeffektoder

„Was Photonen mit Elektronen anstellen können“

Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie:

*TkR µνµν ⋅−=

* 1879 in Ulm† 1955 in Princeton (New Jersey)

Motivation ....

.... ???

Fotoeffekt: Versuch und experimenteller Fakt - 1

Qualitatives Ergebnis:• durch Licht lassen sich “Fotoelektronen” auslösen

• es ist ein “besonderes” Licht notwendig

Fotoeffekt: Versuch und experimenteller Fakt - 2

Licht

FotoelektronenV

Ekin

Fotoeffekt: Versuch und experimenteller Fakt - 3

• Es existiert eine Grenzfrequenz flimit

• Die kinetische Energie der Fotoelektronen hängt nur von der Frequenz f des eingestrahlten Lichts ab, aber nicht von dessen Intensität

• Die Anzahl der ausgelösten Fotoelektronen ist proportional zur Intensität des Lichtes

Ekin

-WA

h

fflimit

+++

++

+ +

Beginn der modernen Physik

Bisher: Licht ist eine elektromagnetische Welle• siehe Experimente zur Beugung / Interferenz• mit klassischen Vorstellungen der Wechselwirkung einer elektro-

magnetischen Energieverteilung in einer Welle ist der Fotoeffektnicht zu verstehen!

Neu: Quantennatur des Lichts → Photonen

λ=

⋅=

hp

fhEWelle – Teilchen – Dualismus

Interpretation des Fotoeffektes

Lichtquantenhypothese (Einstein – 1905)

Ekin = h⋅f – WA

h⋅f = WA + Ekin

Grenzfrequenz:Ekin= 0 → h⋅flimit = WA

WA: Austrittsarbeit(charakt. für das Metall)

Ekin = mv2/2

Ekin

-WA

h

fflimit

Klassisches Analogon

WA=mD⋅g⋅h

Hinweis für Herren:

Arbeiten Sie hier unbedingt am “limit” – schonsch isch se wegg!

Klassisches Analogon

WA=mD⋅g⋅h

Anwendungen: Wechselwirkung Licht – Materie

1. Äußerer Fotoeffekt

• Messung von h – Plancksches Wirkungsquantum

• Fotoelektronenspektroskopie

• Vakuum-Fotozelle, Fotomultiplier, Bildwandler

2. Innerer Fotoeffekt

• Solarzellen

• Sensorik→ Strahlungsempfänger, z.B. Fotodiode

… und dazu nun noch ein konkretes Beispiel

D e s s o u s

... der Begriff Dessous umfasst für gewöhnlich besondersaufwändig gestaltete und mit Spitzen ausgeschmückte Textilien

Garnerzeugung und textile Spinnverfahren

... Nichts ist vollkommen, auch hier treten „Fehler“ auf

Qualitätssicherung in der textilen Praxis

• Leeres Messfeld: Ausgangssignal beider Empfänger gleich groß

• Liegt ein Faden (Garn) mit Durchmesser d im Messfeld, so wird das

Empfänger-Ausgangssignal reduziert

Optischer Garnsensor – Funktionsweise

Länge (mm)

On-line Detektion des Garns:

• Durchmessermittelwerte

• CV%-Werte (Maß für die Gleichmäßigkeit)

Garnsensor – Ergebnis und Auswertung

Einstein und ich bedanken sich

für Ihre Aufmerksamkeit.

Wir wünschen Ihnen noch eine

schschöönene Lange NachtLange Nacht !!

Vielleicht noch ein Hinweis für alle,die „Einstein“ noch nicht verstanden haben:

„Man muss die Welt nicht verstehen,man muss sich nur darin zurechtfinden“