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行業新聞

電子效應

2016/11/3 14:58:48

光電效應指的是,照射光束于金屬表面會使其發射出電子的效應,發射出的電子稱為光電子。為了產生光電效應,光頻率必須超過金屬物質的特征頻率,稱為其"極限頻率"。舉例而言,照射輻照度很微弱的藍光束于鉀金屬表面,只要頻率大于其極限頻率,就能使其發射出光電子,但是無論輻照度多么強烈的紅光束,一旦頻率小于鉀金屬的極限頻率,就無法促使發射出光電子。根據光波動說,光波的輻照度或波幅對應于所攜帶的能量,因而輻照度很強烈的光束一定能提供更多能量將電子逐出。然而事實與經典理論預期恰巧相反。

1905年,愛因斯坦對于光電效應給出解釋。他將光束描述為一群離散的量子,現稱為光子,而不是連續性波動。從普朗克黑體輻射定律,愛因斯坦推論,組成光束的每一個光子所擁有的能量 等于頻率 乘以一個常數,即普朗克常數,他提出了"愛因斯坦光電效應方程",其中, Wo是逃逸電子的最大動能, 是逸出功。

假若光子的頻率大于物質的極限頻率,則這光子擁有足夠能量來克服逸出功,使得一個電子逃逸,造成光電效應。愛因斯坦的論述解釋了為什么光電子的能量只與頻率有關,而與輻照度無關。雖然藍光的輻照度很微弱,只要頻率足夠高,則會產生一些高能量光子來促使束縛電子逃逸。盡管紅光的輻照度很強烈,由于頻率太低,無法給出任何高能量光子來促使束縛電子逃逸。

1916年,美國物理學者羅伯特·密立根做實驗證實了愛因斯坦關于光電效應的理論。從麥克斯韋方程組,無法推導出普朗克與愛因斯坦分別提出的這兩個非經典論述。物理學者被迫承認,除了波動性質以外,光也具有粒子性質。

既然光具有波粒二象性,應該也可以用波動概念來分析光電效應,完全不需用到光子的概念。1969年,威利斯·蘭姆與馬蘭·斯考立(Marlan Scully)應用在原子內部束縛電子的能級躍遷機制證明了這論述。

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