Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 6 Quantenphysik
  4. 6.1 Quanteneffekte bei elektromagnetischer Strahlung
  5. 6.1.2 Photonen
  6. Photonen

Photonen

Licht kann man sich als einen Strom von winzigen Energieportionen, den Photonen, vorstellen. Jedes dieser Photonen besitzt Energie und bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit. Ihm kann eine Masse und ein Impuls zugeordnet werden.
Photonen entstehen in der Atomhülle. Zwischen ihrer Energie und der Frequenz des Lichtes besteht direkte Proportionalität.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Licht kann mit den Modellen Lichtstrahl und Lichtwelle beschrieben werden. Wir wissen heute auch, dass man Licht als einen Strom von winzig kleinen Energieportionen, den Photonen, auffassen kann (Bild 1). Entwickelt wurde diese Vorstellung von einem der berühmtesten Physiker des 20. Jahrhunderts, ALBERT EINSTEIN (1879-1955), im Jahr 1905. Die betreffende Theorie wird als Photonentheorie des Lichtes bezeichnet.

Wie entstehen Photonen?

Die Aussendung von Licht ist mit Vorgängen in den einzelnen Atomen verbunden. Wird einem Körper und damit auch seinen Atomen Energie in Form von Licht oder Wärme zugeführt, so gelangen Außenelektronen in einen energetisch höheren Zustand (Bild 2a). Das kann man auch in einem Energieniveauschema darstellen (Bild 3), bei dem der energetische Zustand der Hüllenelektronen dargestellt wird: Durch Energiezufuhr gelangen Elektronen auf ein höheres Energieniveau, also in einen energetisch höheren Zustand.

In diesem höheren Energiezustand bleiben die Elektronen aber nicht. Vielmehr springen sie ohne äußere Beeinflussung innerhalb kürzester Zeit (ca. innerhalb von10 Milliardstel Sekunden) in den Ausgangszustand zurück. Dabei geben sie die Energie, die sie vorher aufgenommen haben, in Form von Licht wieder ab. Von einem Atom werden einzelne Photonen oder Lichtquanten abgegeben. Da diese Vorgänge bei vielen Atomen erfolgen, entsteht ein Strom einer sehr großen Anzahl von Photonen, die wir als Licht wahrnehmen.

Welche Eigenschaften haben Photonen?

Photonen bewegen sich stets mit Lichtgeschwindigkeit . Ruhende Photonen gibt es nicht. Jedes Photon besitzt eine bestimmte Energie, wobei gilt:
Die Energie eines Photons ist umso größer, je größer seine Frequenz ist.
Da blaues Licht eine etwa doppelt so große Frequenz wie rotes Licht besitzt, gilt: Blaues Licht hat eine etwa doppelt so große Energie wie rotes Licht. Allgemein gilt für die Energie von Photonen :
E = h ⋅ f h plancksches Wirkungsquantum f Frequenz

Nach der einsteinschen Beziehung E = m ⋅ c 2 sind Energie und Masse äquivalent. Kennt man die Energie eines Photons, so kann man ihm nach der genannten Beziehung auch eine Masse zuordnen. Wie die Energie hängt die Masse von der Frequenz ab. Für die Masse von Photonen gilt:

m = E c 2 = h ⋅ f c 2 E Energie c Lichtgeschwindigkeit h plancksches Wirkungsquantum f Frequenz Mit der Beziehung c = λ ⋅ f bzw . f = c λ erhält man: m = h c ⋅ λ h plancksches Wirkungsquantum c Lichtgeschwindigkeit λ Wellenlänge

Da sich Photonen stets mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, gibt es keine ruhenden Photonen und denzufolge auch keine Photonen mit einer Ruhemasse.

Photonen haben auch einen Impuls, der sich formal aus Masse und Geschwindigkeit ergibt. Der Impuls von Photonen kann folgendermaßen berechnet werden:

p = E c Mit E = h ⋅ f erhält man: p = h ⋅ f c und mit f = c λ die Formulierung: p = h λ

Bei einer Reflexion oder einer Absorption erzeugen Photonen wegen ihres Impulses einen Druck, der als Strahlungsdruck oder Lichtdruck bezeichnet wird. Den ersten experimentellen Nachweis dafür erbrachte der russische Physiker P. LEBEDEW (1866-1912) im Jahre 1901. Genauere Informationen dazu sind in dem Beitrag „Lichtmühle“ auf der CD zu finden.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Photonen." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/photonen (Abgerufen: 20. May 2025, 07:19 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Berechnung
  • Energiezustand
  • Fotonen
  • Albert Einstein
  • Absorption von Photonen
  • Lichtgeschwindigkeit
  • Atome
  • Photonentheorie
  • Masse von Photonen. Lebedew
  • Impuls von Photonen
  • Energieniveauschema
  • Rechenbeispiel
  • Außenelektronen
  • Strahlungsdruck
  • Energie von Photonen
  • Emission von Photonen
  • Photonen
  • Lichtdruck
  • Aussendung von Licht
  • Lichtquanten
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Wissenstest, Photonen und Elektronen als Quantenobjekte


Photonen und Elektronen gehören zu den Quantenobjekte. Diese haben Eigenschaften, die sich von denen makroskopischer Objekte unterscheiden. mit dem Test können Sie prüfen, wie Sie grundlegende Zusammenhänge der Quantenphysik beherrschen.

Der Test zur Strahlenoptik bietet die Möglichkeit zu prüfen, inwieweit wichtige Kenntnisse vorhanden sind und auch genutzt werden können.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Photonen und Elektronen als Quantenobjekte".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Das Modell Lichtstrahl

Licht ist eine sehr komplizierte Erscheinung, die mit unterschiedlichen Modellen beschrieben werden kann. Da ein Modell jeweils nur einige Merkmale oder Eigenschaften eines Originals widerspiegelt, hat jedes der Modelle einen bestimmten Anwendungsbereich. Das Modell Lichtstrahl ist ein Modell zur Darstellung des Weges, den das Licht zurücklegt. Es wird vor allem dann genutzt, wenn man in einfacher Weise die geradlinige Ausbreitung des Lichtes, die Entstehung von Schatten oder den Verlauf des Lichtes bei der Reflexion und bei der Brechung darstellen will. Das Modell versagt bei solchen Erscheinungen wie der Beugung, der Interferenz oder der Polarisation.

Modell Lichtwelle

Licht ist eine sehr komplizierte Erscheinung, die mit unterschiedlichen Modellen beschrieben werden kann. Da ein Modell jeweils nur einige Merkmale oder Eigenschaften eines Originals widerspiegelt, hat jedes der Modelle einen bestimmten Anwendungsbereich. Das Modell Lichtwelle ist ein Modell zur Darstellung des Wellencharakters von Licht. Es wird vor allem dann genutzt, wenn man solche wellentypischen Erscheinungen wie Beugung, Interferenz oder Polarisation beschreiben und erklären will. Das Wellenmodell kann aber auch genutzt werden, um die Ausbreitung des Lichtes, die Reflexion oder die Brechung zu beschreiben und zu erklären. Seine Grenzen zeigen sich dort, wo der quantenhafte Charakter des Lichtes entscheidend ist, beispielsweise beim äußeren lichtelektrischen Effekt.

Wissenstest, Ausbreitung von Licht und Wechselwirkung mit Stoffen


Grundlegende Kenntnisse über die Ausbreitung von Licht und die Wechselwirkung des Lichts mit Stoffen wurden bereits in der Sekundarstufe 1 vermittelt. Das gilt für die Schattenbildung ebenso wie für die Reflexion und die Brechung. Neu ist in der Oberstufe die Einbeziehung des huygensschen Prinzips. Damit ist bei Nutzung des Wellenmodells nicht nur eine Beschreibung, sondern auch eine Erklärung für Reflexion und Brechung möglich. Im Test geht es vorrangig darum zu prüfen, ob grundlegendes Wissen zu elementaren Grundlagen vorhanden ist und auf einfache Sachverhalte angewendet werden kann.

 

Hier kannst du dich selbst testen. So kannst du dich gezielt auf Prüfungen und Klausuren vorbereiten oder deine Lernerfolge kontrollieren.

Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Ausbreitung von Licht und Wechselwirkung mit Stoffen".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Zeigermodell in der Optik

Neben den Modellen Lichtstrahl und Lichtwelle können optische Erscheinungen auch mit dem sogenannten Zeigermodell beschrieben bzw. erklärt werden. Mit dem Zeigermodell kann man die geradlinige Ausbreitung, Reflexion und Brechung von Licht erklären. Besonders hilfreich ist es bei quantitativen Überlegungen zur Beugung und zur Interferenz von Licht.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025