光電效應

發佈日期: 2013 年 07 月 31 日 16:51 | 作者: | 分類: 綠能知識

光電效應是指物質吸收光子(photon)並激發出自由電子的行為。當金屬表面在特定的光輻照作用下,金屬會吸收光子並發射電子(electron),發射出來的電子叫做光電子(photoelectron)。當光子把光電子彈出時,光子本身已經沒有能量了。由公式所推:hv-Ø= Ekmax,。光的波長需小於某一臨界值(相等於光的頻率高於某一臨界值)時方能發射電子,其臨界值即為極限頻率和極限波長,頻率滿足Ø= hv0 。臨界值取決於金屬材料,而發射電子的能量取決於光的波長而非光的強度,這一點無法用光的波動性解釋。根據光的波動理論,光的能量僅與光強有關。還有一點與光的波動性相矛盾,即光電效應的暫態性,按波動性理論,如果入射光較弱,照射的時間要長一些,金屬中的電子才能積累住足夠的能量,飛出金屬表面。可事實是,只要光的頻率高於金屬的極限頻率,光的亮度無論強弱,電子的產生都幾乎是暫態的,不超過10-9秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛因斯坦所提出。

光電效應由德國物理學家赫茲於1887年發現,對發展量子理論及波粒二象性起了根本性的作用。菲力浦·萊納德用實驗發現了光電效應的重要規律。愛因斯坦則提出正確的機制。

方程

在以愛因斯坦方式量化分析光電效應時使用以下方程:

光子能量= 移出一個電子所需的能量+ 被發射的電子的動能

代數形式:hv-Ø= Ekmax

其中

h:普朗克常數,

Ø:功函數,從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量,

Ekmax=1/2mv2m:被射出的電子的最大動能,

v 0是光電效應發生的閾值頻率,

m:是被發射電子的靜止品質,

vm :是被發射電子的速度,

注:如果光子的能量(hv)不大於功函數(  Ø),就不會有電子射出。功函數有時又以W標記。這個方程與觀察不符時(即沒有射出電子或電子動能小於預期),可能是因為某些能量以熱能或輻射的形式散失了。

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