什麼是光電效應

金屬及其化合物在輻照下發射出電子的現象。早在1888年，G.L.赫茲觀察到紫外線照射在金屬上時，能使金屬發射帶電粒子。在j.j.湯姆孫發現電子以後，p.勒納於1900年通過對帶電粒子的荷質比的測定，證明金屬所發射的是電子。這就是光電效應的實質。以後，人們又確定了下列定量規律：

（1）對於每一種金屬，只有當入射光頻率v、大於一定頻率 v、0時，才能得到光電效應。頻率v、0是金屬的特性，稱為紅限。紅限也常用對應的波長λ、0表示。表中舉出幾種例子：

（2） 光電子的動能有一分佈。其最大值E、m滿足下列關係：

， (1)

式中h、是普朗克常數，v、為入射光頻率。

（3）單位時間單位面積上發射的光電子數與入射光頻率無關，與入射光強成正比。

（4）光電效應是瞬時的。實驗發現，發射電子與光照射的時間差小於3×10-9秒。

根據光的電磁理論，光波的能量分散在波陣面上，電子要積累能量需要一段時間，不可能是瞬時的，而且光波能量只和光的強度（或振幅）有關。在一定強度的光照射一定時間後，電子都可有足夠能量逸出金屬，應和頻率無關。因此不能解釋上述實驗規律，但完全可以用量子理論解釋。電子由金屬逸出，至少需做一定量的功W、，稱為此金屬的功函式。光照在金屬上，電子一次吸收一個光子的能量hv、。如果hv、﹤W、，即沒有光電效應。故光子能量應大於W、。由此可見，紅限v、0決定於下式

這樣，由金屬逸出的電子的最大動能只能等於(1)式所給的值。式(1)是 a.愛因斯坦首先提出的。他於1905年提出這個關係。直到1916年，r.a.密立根通過精密的實驗，證明h確實與普朗克常數值符合。通常稱式(1)為愛因斯坦公式。由於光強與入射光子數成正比，故金屬在單位時間單位面積上發射的光子數與光強成正比。至於光電效應的瞬時性更是證明了光在傳播過程中能量集中在光子上，故全部能量hv、立即為電子所吸收。