Photoelektrischer Effekt ohne Lichtstrahlen

Das Photon ist das Teilchen, das die elektromagnetische Kraft trägt, dh Ladungen üben eine Kraft aufeinander aus, indem sie virtuelle Photonen austauschen.

In Ihrem Beispiel eines Kondensators hat eine Platte eine positive Ladung und die andere eine negative Ladung, und die beiden Platten tauschen kontinuierlich virtuelle Photonen aus, was die Anziehungskraft zwischen den beiden Platten verursacht. Ihr Atom zwischen den Platten kann mit den virtuellen Photonen interagieren, und wenn Sie die Feldstärke erhöhen, kommt tatsächlich ein Punkt, an dem das Atom ionisiert. Das Elektron saust zur positiven Platte und das positiv geladene Ion saust zur negativ geladenen Platte.

Aber ob das wirklich analog zum photoelektrischen Effekt ist, da bin ich mir nicht sicher. In Ihrem Kondensator sind die Photonen virtuell und Sie können nicht einfach behaupten, dass ein virtuelles Photon auf das Atom trifft und es ionisiert wie ein echtes Photon, das auf eine Metalloberfläche trifft. Hoffentlich kann jemand, der mehr über Quantenelektrodynamik weiß als ich, etwas dazu sagen.

Wenn es darum geht, ein Atom mit einem konstanten Feld zu ionisieren, das Sie wollen, ist das im Prinzip sicherlich möglich und es funktioniert ähnlich wie die Ionisation in einem intensiven IR-Feld über Tunnelionisation.

Dies funktioniert so, dass das konstante Feld ein lineares Potential hinzufügt$V=eE_0 x$zur atomaren Coulomb-Anziehung, was bedeutet, dass das Potenzial in einem gewissen Maßstab aussieht$1/r-x$. Wie tief der atomare Grundzustand auch sein mag, er steht vor einer Barriere, bevor es einen klassisch erlaubten Bereich bei derselben Energie gibt. Somit wird es mit einer gewissen Nicht-Null-Rate heraustunneln.

Bei Laserfeldern mit Frequenzen, die viel langsamer als jede Resonanz sind, erscheinen die Felder eingefroren und werden daher mit genau diesem Mechanismus ionisiert. Leider müssen Sie, um messbare Ergebnisse zu erhalten, die Barriere entsprechend niedrig halten, und das bedeutet, elektrische Felder in der Größenordnung der atomaren Felder zu erzeugen - dh (Elektronen-)Volt pro Armstong, oder$\sim10^{10}\textrm{V m}^{-1}$, was außerhalb von allem liegt, was Sie mit DC tun können. Mit ultrakurzen Laserpulsen können Sie jedoch ganze mJ oder sogar mehr in einen einzigen Puls mit wenigen Zyklen bei IR-Frequenzen komprimieren, und das kann Felder stark genug machen, selbst für die Ionisation über der Barriere.

Der Wikipedia-Artikel über Tunnelionisation ist etwas kurz, hat aber einige DC-Ergebnisse!

Photonenbosonen des elektromagnetischen Feldes haben nicht genug Energie, um Elektronen herauszuschlagen. Ein photoelektrischer Effekt ist also nicht nur mit elektromagnetischen Feldern möglich.

Detail:
Wenn beim Photoemissionsprozess ein Elektron in einem Material die Energie eines Photons absorbiert und mehr Energie als die Austrittsarbeit (die Elektronenbindungsenergie) des Materials aufnimmt, wird es ausgestoßen. Ist die Photonenenergie zu gering, kann das Elektron das Material nicht verlassen. Der photoelektrische Effekt ist also auch bei niederfrequenten Lichtstrahlen nicht zu sehen. Erwarten Sie es nicht mit Photonen des elektromagnetischen Feldes.

Leider ist die Analogie dieselbe, auch "umherfliegende Partikel", aber jetzt nennen wir sie nur virtuell. Das bedeutet, dass sie der Energie-Impuls-Beziehung für das echte Photon nicht gehorchen. Dies ist nur "Gerede" auf der Seite der theoretischen Physik. Da ist nichts zu erkennen. Es ist nur ein elektrisches Feld.

Die kürzeste Antwort lautet: In diesem Bereich gibt es aktuell kein klares Bild. Die von Michael Faraday erfundene Konzeption eines FELDS ist sehr grundlegend und immer noch die tiefgreifendste in der Physik, also sollten Sie es als ein FELD betrachten.

Zuallererst haben Sie ein tiefgreifendes Problem damit, die Idee von "Photon die quantisierte Anregung des elektromagnetischen Feldes" zu akzeptieren.

Leichte Wellen, damit bist du gut. Kugelförmige, flache, stehende Lichtwellen und gleichmäßige Impulse. So wie Planck gerne an sie dachte. Aber ein Licht ... wie ein Teilchen? "Nee, ich kaufe es nicht!" Habe ich recht?

Ich hatte dieses Problem sehr, sehr lange, und es rührt daher, dass Verzerrungen/Wellen im elektromagnetischen Feld (oder jedem anderen Feld, sagen wir Gravitation) zumindest Wellen im Wasser ähneln sollten. Und sphärische Maxwellsche Lichtwellen machen das sehr gut. Photonen - auf diese Weise unintuitiv, schrecklich.

Bis Sie dies sehen - http://www.youtube.com/watch?v=mHyTOcfF99o - haben Sie wahrscheinlich noch nie eine Art Wellen im Wasser gesehen, aber sie sind legitim, wie Rauchringe von Zigaretten. Ein Wirbelring ist eine stabile, quantisierte gerichtete Welle, stark lokalisiert, mit einer gegebenen Energie, Geschwindigkeit und Drehimpuls.

Da ich frisch registriert bin, kann ich keine Thumbnails von Bildern posten, aber darauf würde ich mit dem Finger zeigen – Wirbelring

Wir alle müssen öfter die Natur beobachten.

Stellen Sie sich vor, diese fliegen im elektromagnetischen Feld zwischen zwei Platten des Kondensators umher (genauer gesagt - Verzerrungen der elektrischen und magnetischen Feldstärken und damit auch Verzerrungen der gesamten lokalen Energiedichte des elektromagnetischen Felds, die zwischen den beiden Platten abprallen). Wie bei einem Gas aus Teilchen, sagen wir Luft, ist bei isotropem Druck (konstanter Feldstärke) die Temperatur (Energiedichte) zwischen den Platten konstant - das ist eine thermodynamische Denkweise mit elektromagnetischen Analogien in Klammern.

Ich hoffe, das hilft Ihnen, sich konzeptionell mit der Idee des Photons vertraut zu machen. Ja, es ist nicht intuitiv. Ja, die Wahrheit liegt in der Mathematik und den Gleichungen und nicht in den Interpretationen und Analogien ... aber dennoch sind sie hilfreich. Manchmal.

Manchmal nicht :P