Quantenobjekt Photon
- Warum löst blaues Licht Elektronen aus Metall, rotes aber nicht – egal wie hell?
- Was ist ein Photon?
Zum Ausprobieren: Quantenmessung
Messen Sie dasselbe Quantenobjekt mehrfach und achten Sie darauf, wann das Ergebnis feststeht.
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Simulation von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, lizenziert unter CC BY 4.0 (https://phet.colorado.edu)
Photon
Ausgehend von Einsteins Deutung zum Photoeffekt wurde der Begriff Photon eingeführt. Ein Photon ist das Elementarteilchen des Lichts.
Eigenschaften
Energie
Photonen sind kleine, nicht teilbare Energiequanten (Energiepakete). Das heißt: Es gibt keine 1,5 Photonen oder 3,7 Photonen sondern immer nur 1, 2, 3,… 100, … also nur eine ganzzahlige Anzahl von Energiequanten. Für die Energie eines Photons gilt:
h ist das Plancksche Wirkungsquantum, eine Naturkonstante.
Das bedeutet auch, dass die Energie nicht kontinuierlich über dem Raum verteilt ist. Mehrere solcher Energiepakete breiten sich im Raum aus.
Geschwindigkeit
Photonen bewegen sich im Vakuum stets mit der Lichtgeschwindigkeit c.
Masse
Ein Photon besitzt keine Ruhemasse, jedoch eine relativistische Masse nach \(E=mc^2\).
Impuls
Mit der relativistischen Masse besitz ein Photon auch einen relativistischen Impuls.
Erklärung von Serlo Education e. V., lizenziert unter CC BY-SA 4.0 – Original bei Serlo, CC BY-SA 4.0, übernommen am 2026-09-03.
Schlau Fassung
Das Photon
- Fotoeffekt: Licht schlägt Elektronen aus Metall – aber nur, wenn seine Frequenz hoch genug ist. Die Wellenvorstellung kann das nicht erklären.
- EINSTEIN (1905): Licht besteht aus Energieportionen, den Photonen, mit \(E = h \cdot f\) (\(h = 6{,}63 \cdot 10^{-34}\,\mathrm{Js}\)).
- Bilanz des Fotoeffekts: \(h f = W_A + E_{kin}\) (Austrittsarbeit + kinetische Energie des Elektrons).
- Photonen zeigen je nach Experiment Wellen- oder Teilchenverhalten – der Welle-Teilchen-Dualismus.
Aufgaben
- Berechne die Energie eines Photons von blauem Licht (\(f = 6{,}5 \cdot 10^{14}\,\mathrm{Hz}\)) in Joule und Elektronvolt.
Lösung
\(E = 6{,}63 \cdot 10^{-34} \cdot 6{,}5 \cdot 10^{14} \approx 4{,}3 \cdot 10^{-19}\,\mathrm{J} \approx 2{,}7\,\mathrm{eV}\).