光电效应

光电效应示意图

光电效应是指物质吸收光子（photon）并激发出自由电子的行为。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），发射出来的电子叫做光电子（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:$\ h \nu - \phi = E_{k_{max}} \,$。光的波長需小於某一臨界值（相等於光的频率高於某一臨界值）時方能發射電子，其臨界值即為极限频率和极限波长，频率满足$\phi = h \nu _0 \$。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，这一点无法用光的波动性解释。根据光的波动理论，光的能量仅与光强有关。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可事实是，只要光的频率高於金属的极限频率，光的亮度无论强弱，电子的产生都几乎是瞬时的，不超过$10^{-9}$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。

歷史

菲利普·莱纳德

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。菲利普·莱纳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：

$\ h \nu - \phi = E_{k_{max}} \,$

其中

• $h$是蒲朗克常數，
• $\phi$是功函數，從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量，
• $E_{k_{max}} = \frac{1}{2} m v_m^2$是被射出的電子的最大動能，
• $\nu$₀是光電效應發生的閾值頻率，
• m是被發射電子的靜止質量，
• $v_m$是被發射電子的速度，

註：如果光子的能量（$h \nu$）不大於功函數（$\phi$），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热能或辐射的形式散失了。

• $\phi = h \nu _0 \$。

参见

• 内光电效应

外部连结

• Nave, R., "Wave-Particle Duality". HyperPhysics.
• "Photoelectric effect". Physics 2000. University of Colorado, Boulder, Colorado.
• ACEPT W3 Group, "The Photoelectric Effect". Department of Physics and Astronomy, Arizona State University, Tempe, AZ.
• Haberkern, Thomas, and N Deepak "Grains of Mystique: Quantum Physics for the Layman". Einstein Demystifies Photoelectric Effect, Chapter 3.
• Department of Physics, "The Photoelectric effect". Physics 320 Laboratory, Davidson College, Davidson.
• Fowler, Michael, "The Photoelectric Effect". Physics 252, University of Virginia.