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光电效应

标签: 光电效应 光电效应概述

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 光电效应

光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象,在光的照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电 。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现,而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用。

光电效应概述

光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化,也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。   
这一现象是1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发现的。   

1888年,德国物理学家霍尔瓦克斯(Wilhelm Hallwachs)证实是由于在放电间隙内出现荷电体的缘故。   
1899年,J·J·汤姆孙通过实验证实该荷电体与阴极射线一样是电子流。  
1899—1902年间,勒纳德(P·Lenard)对光电效应进行了系统研究,并命名为光电效应。   
1905年,爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中,用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。   
1916年,美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释,从而也证明了光量子理论。

光电效应

1905年,爱因斯坦提出光子假设,成功解释了光电效应,因此获得1921年诺贝尔物理奖。  光电效应光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。这类光变致电的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。光电效应分为光电子发射、光电导效应和阻挡层光电效应,又称光生伏特效应。前一种现象发生在物体表面,又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部,称为内光电效应。 赫兹于1887年发现光电效应,爱因斯坦第一个成功的解释了光电效应(金属表面在光辐照作用下发射电子的效应,发射出来的电子叫做光电子)。光波长小于某一临界值时方能发射电子,即极限波长,对应的光的频率叫做极限频率。临界值取决于金属材料,而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关,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,只要光的频率高于金属的极限频率,光的亮度无论强弱,光子的产生都几乎是瞬时的,不超过十的负九次方秒。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。   

光电效应里电子的射出方向不是完全定向的,只是大部分都垂直于金属表面射出,与光照方向无关。光是电磁波,但是光是高频震荡的正交电磁场,振幅很小,不会对电子射出方向产生影响。

光电效应说明了光具有粒子性。相对应的,光具有波动性最典型的例子就是光的干涉和衍射。   只要光的频率超过某一极限频率,受光照射的金属表面立即就会逸出光电子,发生光电效应。当在金属外面加一个闭合电路,加上正向电源,这些逸出的光电子全部到达阳极便形成所谓的光电流。 在入射光一定时,增大光电管两极的正向电压,提高光电子的动能,光电流会随之增大。但光电流不会无限增大,要受到光电子数量的约束,有一个最大值,这个值就是饱和电流。 所以,当入射光强度增大时,根据光子假设,入射光的强度(即单位时间内通过单位垂直面积的光能)决定于单位时间里通过单位垂直面积的光子数,单位时间里通过金属表面的光子数也就增多,于是,光子与金属中的电子碰撞次数也增多,因而单位时间里从金属表面逸出的光电子也增多,饱和电流也随之增大

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