光电效应

机制

不是每一种电磁波都会引起光电效应，只有一定频率或更高频率的辐射才会引起这种效应。所需的最低频率被称为 "截止频率 "或 "阈值频率"。截止频率被用来寻找功函数，w {displaystyle w}，即保持能量的数量。它是将电子固定在金属表面的能量。功函数是金属的一个属性，不受传入辐射的影响。如果一个频率的光照射到金属表面，大于截止频率，那么发射的电子将有一些动能。

通过E = h f = K E + w {displaystyle E=hf=KE+w}找到引起光电效应的光子的能量。其中h {displaystyle h}是普朗克常数，6.626×10 J-⁻³⁴s，f {displaystyle f}是电磁波的频率，K E {displaystyle KE}是光电子的动能，w {displaystyle w}是金属的功函数。如果光子具有很大的能量，可能会发生康普顿散射（~数千eV）或对产生（~数百万eV）。

光的强度本身并不能引起电子的射出。只有截止频率或更高的光才能做到这一点。然而，只要频率高于截止频率，增加光的强度将增加被发射的电子数量。

历史

海因里希-赫兹在1887年首次观察到了光电效应。他报告说，如果有光照在两个带电球体上，火花更容易在它们之间跳跃。为了了解赫兹观察到的效应，人们做了进一步的研究。1902年，菲利普-莱纳德表明，光电子的动能并不取决于光的强度。然而，直到1905年，爱因斯坦才提出一个完全解释该效应的理论。该理论说，电磁辐射是一系列的粒子，称为光子。光子与表面的电子相撞并发射出来。这一理论违背了电磁辐射是一种波的信念。因此，起初它没有被公认为是正确的。1916年，罗伯特-米利肯发表了使用真空光管的实验结果。他的工作表明，爱因斯坦的光电方程非常准确地解释了这种行为。然而，米利肯和其他科学家接受爱因斯坦的光量子理论的速度较慢。麦克斯韦的电磁辐射波理论不能解释光电效应和黑体辐射。这些都是由量子力学解释的。