外光电效应
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外光电效应是指物质吸收光子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,发射出来的电子叫做光电子。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,其臨界值即极限频率和极限波长。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。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,不超过十的负九次方。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。
[编辑] 算式
在以愛因斯坦方式量化分析光電效應時使用以下算式:
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:
其中
- h是普朗克常數,
- f是入射光子的頻率,
是功函數,從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量,
是被射出的電子的最大動能,- f0是光電效應發生的閥值頻率,
- m是被發射電子的靜止質量,
- vm是被發射電子的速度,
註:如果光子的能量(hf)不大於功函數(φ),就不會有電子射出。功函數有時又以W標記。
這個算式與觀察不符時(即沒有射出電子或電子動能小於預期),可能是因為系統沒有完全的效率,某些能量變成熱能或輻射而失去了。


