什么是光電效應(yīng)

光電效應(yīng)簡介
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)射出來的電子叫做光電子。光波長小于某一臨界值時方能發(fā)射電子，即極限波長，對應(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而與光強度無關(guān)，這一點無法用光的波動性解釋。還有一點與光的波動性相矛盾，即光電效應(yīng)的瞬時性，按波動性理論，如果入射光較弱，照射的時間要長一些，金屬中的電子才能積累住足夠的能量，飛出金屬表面?？墒聦嵤牵灰獾念l率高于金屬的極限頻率，光的亮度無論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時的，不超過十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛因斯坦所提出。光電效應(yīng)由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn)，對發(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，與光照方向無關(guān) ,光是電磁波，但是光是高頻震蕩的正交電磁場，振幅很小，不會對電子射出方向產(chǎn)生影響.

光電效應(yīng)英文解釋∶Photoelectric effect

光電效應(yīng)說明

光電效應(yīng)的實驗規(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)光強度成正比。
　　b．光電子脫出物體時的初速度和照射光的頻率有關(guān)而和發(fā)光強度無關(guān)。這就是說，光電子的初動能只和照射光的頻率有關(guān)而和發(fā)光強度無關(guān)。
　　c．僅當照射物體的光頻率不小于某個確定值時，物體才能發(fā)出光電子，這個頻率叫做極限頻率(或叫做截止頻率)，相應(yīng)的波長λ。叫做紅限波長。不同物質(zhì)的極限頻率”。和相應(yīng)的紅限波長λ。是不同的。

愛因斯坦方程

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能。 金屬內(nèi)部有大量的自由電子，這是金屬的特征，因而對于金屬來說，I項可以略去，愛因斯坦方程成為 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)的極限波長為 λ0=C/υ0=hc/W。 發(fā)光強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)換成一個個放大了的電脈沖，然后送到電子線路去，記錄下來。算式在以愛因斯坦方式量化分析光電效應(yīng)時使用以下算式： 光子能量 = 移出一個電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動能 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），就不會有電子射出。功函數(shù)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于預(yù)期），可能是因為系統(tǒng)沒有完全的效率，某些能量變成熱能或輻射而失去了。 愛因斯坦因成功解釋了光電效應(yīng)而獲得1921年諾貝爾物理學獎 。

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）在證明波動理論實驗中首次發(fā)現(xiàn)的；
1902年，勒納（Lenard)也對其進行了研究，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。但無法根據(jù)當時的理論加以解釋 ；
1905年，愛因斯坦提出了光子假設(shè)。
愛因斯坦光電效應(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，產(chǎn)生的光電流和光強成正比。
3.逸出的光電子具有動能。
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)
當光照在物體上，使物體的電導率發(fā)生變化，或產(chǎn)生光生電動勢的現(xiàn)象。分為光電導效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)（光伏效應(yīng)）。
1 光電導效應(yīng)
在光線作用下，電子吸收光子能量從鍵合狀態(tài)過度到自由狀態(tài)，而引起材料電導率的變化。
當光照射到光電導體上時，若這個光電導體為本征半導體材料，且光輻射能量又足夠強,光電材料價帶上的電子將被激發(fā)到導帶上去，使光導體的電導率變大。

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)生一定方向電動勢的現(xiàn)象。基于該效應(yīng)的器件有光電池和光敏二極管、三極管。

①　勢壘效應(yīng)（結(jié)光電效應(yīng)）
光照射PN結(jié)時，若h?≧Eg，使價帶中的電子躍遷到導帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內(nèi)電場的作用下，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)帶負電，形成光生電動勢。

②側(cè)向光電效應(yīng)
當半導體光電器件受光照不均勻時，光照部分產(chǎn)生電子空穴對，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，引起載流子擴散，如果電子比空穴擴散得快，導致光照部分帶正電，未照部分帶負電，從而產(chǎn)生電動勢，即為側(cè)向光電效應(yīng)。