zum Directory-modus

Messung von Licht und Strahlung

Photozelle

Eine Photozelle ist eine Vakuum-Photodiode, die den äußeren Photoeffekt zur Detektion von Licht (oder Strahlung) nutzt. Sie ist der Vorläufer des Photomultipliers. In einer evakuierten Glasröhre sind eine Photokathode (K) und Photoanode (A) so angeordnet, dass ein auf die Photokathode aufttreffendes Lichtquant (Photon) in der Lage ist, je nach Energiegehalt Elektronen herauszuschlagen. Diese Elektronen werden zur um 100 V vorgespannten Anode hin beschleunigt und erzeugen somit einen der Lichtenergie proportionalen Stromfluss. Der so erzeugte Stromfluss ist jedoch nur sehr gering, was eine geringe Empfindlichkeit der Photozelle zur Folge hat. Durch ein geeignetes Füllgas (z.B. Argon) kann man diese geringe Empfindlichkeit erhöhen.

Abb.1
Photozelle

Die herausgeschlagenen Elektronen besitzen eine kinetische Energie, die nicht von der Intensität, sondern von der Frequenz des Lichtes abhängt. Liegt die Frequenz des Lichtes unterhalb eines bestimmten Grenzwertes, so findet kein Photoelektronenstrom statt, weil dann die Energie der Photonen nicht ausreicht, um ein Elektron herauszuschlagen. Die Energie eines Photons ist gleich dem Produkt aus dem Planck'schen Wirkungsquantum (h) und der Lichtfrequenz (f):

E P h = h f

Daraus ergibt sich mit der Lichtgeschwindigkeit (c) die Wellenlänge (λ) des Photons:

E P h = h c λ λ = h c E P h

Die kinetische Energie der herausgeschlagenen Elektronen hängt ebenfalls von der angelegten Spannung zwischen Kathode und Anode ab. Wird diese Spannung umgepolt, so verringert sich der Photoelektronenstrom durch die entstehende Bremsspannung. Erreicht diese Bremsspannung einen bestimmten Grenzwert, so kommt der Photoelektronenstrom zum Erliegen. Die folgende Formel beschreibt den Zusammenhang zwischen der kinetischen Energie der herausgeschlagenen Elektronen, der Masse der Elektronen (m), der Geschwindigkeit der Elektronen (v), der Elementarladung (e) und der angelegten Grenzspannung ( UGr ):

E k i n = 1 2 m v 2 = e U G r
Seite 4 von 5