什么是光電效應(yīng)

光電效應(yīng)簡(jiǎn)介
光照射到某些物質(zhì)上，引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。這類光致電變的現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。
　　金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應(yīng)，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。光波長(zhǎng)小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，即極限波長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)的光的頻率叫做極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長(zhǎng)而與光強(qiáng)度無(wú)關(guān)，這一點(diǎn)無(wú)法用光的波動(dòng)性解釋。還有一點(diǎn)與光的波動(dòng)性相矛盾，即光電效應(yīng)的瞬時(shí)性，按波動(dòng)性理論，如果入射光較弱，照射的時(shí)間要長(zhǎng)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(shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強(qiáng)弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)十的負(fù)九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長(zhǎng)有關(guān)的嚴(yán)格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛(ài)因斯坦所提出。光電效應(yīng)由德國(guó)物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對(duì)發(fā)展量子理論起了根本性作用，在光的照射下，使物體中的電子脫出的現(xiàn)象叫做光電效應(yīng)(Photoelectric effect)。 光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)光電效應(yīng)。
　　光電效應(yīng)里，電子的射出方向不是完全定向的，只是大部分都垂直于金屬表面射出，與光照方向無(wú)關(guān) ,光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場(chǎng)，振幅很小，不會(huì)對(duì)電子射出方向產(chǎn)生影響.

光電效應(yīng)英文解釋∶Photoelectric effect

光電效應(yīng)說(shuō)明

光電效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律。
　　a．陰極(發(fā)射光電子的金屬材料)發(fā)射的光電子束和照射發(fā)光強(qiáng)度成正比。
　　b．光電子脫出物體時(shí)的初速度和照射光的頻率有關(guān)而和發(fā)光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。這就是說(shuō)，光電子的初動(dòng)能只和照射光的頻率有關(guān)而和發(fā)光強(qiáng)度無(wú)關(guān)。
　　c．僅當(dāng)照射物體的光頻率不小于某個(gè)確定值時(shí)，物體才能發(fā)出光電子，這個(gè)頻率叫做極限頻率(或叫做截止頻率)，相應(yīng)的波長(zhǎng)λ。叫做紅限波長(zhǎng)。不同物質(zhì)的極限頻率”。和相應(yīng)的紅限波長(zhǎng)λ。是不同的。

愛(ài)因斯坦方程

hυ=(1/2)mv^2+I+W 式中(1/2)mv^2是脫出物體的光電子的初動(dòng)能。 金屬內(nèi)部有大量的自由電子，這是金屬的特征，因而對(duì)于金屬來(lái)說(shuō)，I項(xiàng)可以略去，愛(ài)因斯坦方程成為 hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυW,電子就不能脫出金屬的表面。對(duì)于一定的金屬，產(chǎn)生光電效應(yīng)的最小光頻率(極限頻率) υ0。由 hυ0=W確定。相應(yīng)的極限波長(zhǎng)為 λ0=C/υ0=hc/W。 發(fā)光強(qiáng)度增加使照射到物體上的光子的數(shù)量增加，因而發(fā)射的光電子數(shù)和照射光的強(qiáng)度成正比。 ③利用光電效應(yīng)可制造光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)放大了的電脈沖，然后送到電子線路去，記錄下來(lái)。算式在以愛(ài)因斯坦方式量化分析光電效應(yīng)時(shí)使用以下算式： 光子能量 = 移出一個(gè)電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動(dòng)能 代數(shù)形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數(shù)，h = 6.63 ×10^-34 J·s， f是入射光子的頻率， φ是功函數(shù)，從原子鍵結(jié)中移出一個(gè)電子所需的最小能量， f0是光電效應(yīng)發(fā)生的閥值頻率， Em是被射出的電子的最大動(dòng)能， m是被發(fā)射電子的靜止質(zhì)量， v是被發(fā)射電子的速度， 注：如果光子的能量（hf）不大于功函數(shù)（φ），就不會(huì)有電子射出。功函數(shù)有時(shí)又以W標(biāo)記。 這個(gè)算式與觀察不符時(shí)（即沒(méi)有射出電子或電子動(dòng)能小于預(yù)期），可能是因?yàn)橄到y(tǒng)沒(méi)有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。 愛(ài)因斯坦因成功解釋了光電效應(yīng)而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 。

光電效應(yīng)的分類：

外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)。

外光電效應(yīng)
在光的作用下，物體內(nèi)的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現(xiàn)象叫做外光電效應(yīng)。
1887年，首先是赫茲（M.Hertz）在證明波動(dòng)理論實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)的；
1902年，勒納（Lenard)也對(duì)其進(jìn)行了研究，指出光電效應(yīng)是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現(xiàn)象。但無(wú)法根據(jù)當(dāng)時(shí)的理論加以解釋 ；
1905年，愛(ài)因斯坦提出了光子假設(shè)。
愛(ài)因斯坦光電效應(yīng)方程：
1.光電子能否產(chǎn)生，取決于光子的能量是否大于該物體的表面電子逸出功A。
2.? 一定時(shí)，產(chǎn)生的光電流和光強(qiáng)成正比。
3.逸出的光電子具有動(dòng)能。
基于外光電效應(yīng)的光電器件有光電管、光電倍增管。

內(nèi)光電效應(yīng)
當(dāng)光照在物體上，使物體的電導(dǎo)率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。
1 光電導(dǎo)效應(yīng)
在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過(guò)度到自由狀態(tài)，而引起材料電導(dǎo)率的變化。
當(dāng)光照射到光電導(dǎo)體上時(shí)，若這個(gè)光電導(dǎo)體為本征半導(dǎo)體材料，且光輻射能量又足夠強(qiáng),光電材料價(jià)帶上的電子將被激發(fā)到導(dǎo)帶上去，使光導(dǎo)體的電導(dǎo)率變大。

基于這種效應(yīng)的光電器件有光敏電阻。

光敏電阻工作原理圖

２．光生伏特效應(yīng)：在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象?；谠撔?yīng)的器件有光電池和光敏二極管、三極管。

①　勢(shì)壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）
光照射PN結(jié)時(shí)，若h?≧Eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導(dǎo)帶，而產(chǎn)生電子空穴對(duì)，在阻擋層內(nèi)電場(chǎng)的作用下，電子偏向N區(qū)外側(cè)，空穴偏向P區(qū)外側(cè)，使P區(qū)帶正電，N區(qū)帶負(fù)電，形成光生電動(dòng)勢(shì)。

②側(cè)向光電效應(yīng)
當(dāng)半導(dǎo)體光電器件受光照不均勻時(shí)，光照部分產(chǎn)生電子空穴對(duì)，載流子濃度比未受光照部分的大，出現(xiàn)了載流子濃度梯度，引起載流子擴(kuò)散，如果電子比空穴擴(kuò)散得快，導(dǎo)致光照部分帶正電，未照部分帶負(fù)電，從而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，即為側(cè)向光電效應(yīng)。