什么是光電效應

光電效應簡(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(lèi)光致電變的現象被人們統稱(chēng)為光電效應。
　　金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子的效應，發(fā)射出來(lái)的電子叫做光電子。光波長(cháng)小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子，即極限波長(cháng)，對應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(cháng)而與光強度無(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(cháng)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?shí)是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，光的亮度無(wú)論強弱，光子的產(chǎn)生都幾乎是瞬時(shí)的，不超過(guò)十的負九次方秒。正確的解釋是光必定是由與波長(cháng)有關(guān)的嚴格規定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛(ài)因斯坦所提出。光電效應由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現，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象叫做光電效應(Photoelectric effect)。 光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現象發(fā)生在物體表面，又稱(chēng)外光電效應。后兩種現象發(fā)生在物體內部，稱(chēng)為內光電效應。
　　光電效應里，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 )對電子射出方向產(chǎn)生影響.

光電效應英文解釋∶Photoelectric effect

光電效應說(shuō)明

光電效應的實(shí)驗規律。
　　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(shí)的初速度和照射光的頻率有關(guān)而和發(fā)光強度無(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)光強度無(wú)關(guān)。
　　c．僅當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)，相應的波長(cháng)λ。叫做紅限波長(cháng)。不同物質(zhì)的極限頻率”。和相應的紅限波長(cháng)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。 金屬內部有大量的自由電子，這是金屬的特征，因而對于金屬來(lái)說(shuō)，I項可以略去，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。對于一定的金屬，產(chǎn)生光電效應的最小光頻率(極限頻率) υ0。由 hυ0=W確定。相應的極限波長(cháng)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量增加，因而發(fā)射的光電子數和照射光的強度成正比。 ③利用光電效應可制造光電倍增管。光電倍增管能將一次次閃光轉換成一個(gè)個(gè)放大了的電脈沖，然后送到電子線(xiàn)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 代數形式： hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數，h = 6.63 ×10^-34 J·s， f是入射光子的頻率， φ是功函數，從原子鍵結中移出一個(gè)電子所需的最小能量， f0是光電效應發(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（φ），就不會(huì )有電子射出。功函數有時(shí)又以W標記。 這個(gè)算式與觀(guān)察不符時(shí)（即沒(méi)有射出電子或電子動(dòng)能小于預期），可能是因為系統沒(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而獲得1921年諾貝爾物理學(xué)獎 。

光電效應的分類(lèi)：

外光電效應和內光電效應。

外光電效應
在光的作用下，物體內的電子逸出物體表面向外發(fā)射的現象叫做外光電效應。
1887年，首先是赫茲（M.Hertz）在證明波動(dòng)理論實(shí)驗中首次發(fā)現的；
1902年，勒納（Lenard)也對其進(jìn)行了研究，指出光電效應是金屬中的電子吸收了入射光的能量而從表面逸出的現象。但無(wú)法根據當時(shí)的理論加以解釋 ；
1905年，愛(ài)因斯坦提出了光子假設。
愛(ài)因斯坦光電效應方程：
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)生的光電流和光強成正比。
3.逸出的光電子具有動(dòng)能。
基于外光電效應的光電器件有光電管、光電倍增管。

內光電效應
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(dòng)勢的現象。分為光電導效應和光生伏特效應（光伏效應）。
1 光電導效應
在光線(xiàn)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)，而引起材料電導率的變化。
當光照射到光電導體上時(shí)，若這個(gè)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(jià)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：在光作用下能使物體產(chǎn)生一定方向電動(dòng)勢的現象?；谠撔钠骷泄怆姵睾凸饷舳O管、三極管。

①　勢壘效應（結光電效應）
光照射PN結時(shí)，若h?≧Eg，使價(jià)帶中的電子躍遷到導帶，而產(chǎn)生電子空穴對，在阻擋層內電場(chǎng)的作用下，電子偏向N區外側，空穴偏向P區外側，使P區帶正電，N區帶負電，形成光生電動(dòng)勢。

②側向光電效應
當半導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，載流子濃度比未受光照部分的大，出現了載流子濃度梯度，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(dòng)勢，即為側向光電效應。