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    电子效应

    2016/11/3 14:58:28

    光电效应指的是,照射光束于金属表面会使其发射出电子的效应,发射出的电子称为光电子。为了产生光电效应,光频率必须超过金属物质的特征频率,称为其"极限频率"。举例而言,照射辐照度很微弱的蓝光束于钾金属表面,只要频率大于其极限频率,就能使其发射出光电子,但是无论辐照度多么强烈的红光束,一旦频率小于钾金属的极限频率,就无法促使发射出光电子。根据光波动说,光波的辐照度或波幅对应于所携带的能量,因而辐照度很强烈的光束一定能提供更多能量将电子逐出。然而事实与经典理论预期恰巧相反。

    1905年,爱因斯坦对于光电效应给出解释。他将光束描述为一群离散的量子,现称为光子,而不是连续性波动。从普朗克黑体辐射定律,爱因斯坦推论,组成光束的每一个光子所拥有的能量 等于频率 乘以一个常数,即普朗克常数,他提出了"爱因斯坦光电效应方程",其中, Wo是逃逸电子的最大动能, 是逸出功。

    假若光子的频率大于物质的极限频率,则这光子拥有足够能量来克服逸出功,使得一个电子逃逸,造成光电效应。爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关,而与辐照度无关。虽然蓝光的辐照度很微弱,只要频率足够高,则会产生一些高能量光子来促使束缚电子逃逸。尽管红光的辐照度很强烈,由于频率太低,无法给出任何高能量光子来促使束缚电子逃逸。

    1916年,美国物理学者罗伯特·密立根做实验证实了爱因斯坦关于光电效应的理论。从麦克斯韦方程组,无法推导出普朗克与爱因斯坦分别提出的这两个非经典论述。物理学者被迫承认,除了波动性质以外,光也具有粒子性质。

    既然光具有波粒二象性,应该也可以用波动概念来分析光电效应,完全不需用到光子的概念。1969年,威利斯·兰姆与马兰·斯考立(Marlan Scully)应用在原子内部束缚电子的能级跃迁机制证明了这论述。

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