你的位置:首页 > 知识课堂 > 正文

光电效应 光电效应方程

发布时间:2013-08-08

目前,光电效应 光电效应方程在当代的应用可谓是越来越广泛,光电效应 光电效应方程是值得我们好好学习的,现在我们就深入了解光电效应 光电效应方程。

光电效应 光电效应方程
光电效应 光电效应方程

光电效应:

     物质在光的作用下发射电子或电导率改变,或者两种材料的界面上产生电势的现象。物质由于吸收光子而产生电的现象。光电效应英文名称∶Photoelectric effect。

光照射到某些物质上,引起物质的电性质发生变化,也就是光能量转换成电能。这类光致电变的现象被人们统称为光电效应(Photoelectric effect)。这一现象是1887年赫兹在实验研究麦克斯韦电磁理论时偶然发现的。1888年,德国物理学家霍尔瓦克斯(Wilhelm Hallwachs)证实是由于在放电间隙内出现荷电体的缘故。1899年,J·J·汤姆孙通过实验证实该荷电体与阴极射线一样是电子流。1899 —1902年间,勒纳德(P·Lenard)对光电效应进行了系统研究,并命名为光电效应。1905年,爱因斯坦在《关于光的产生和转化的一个启发性观点》一文中,用光量子理论对光电效应进行了全面的解释。 1916年,美国科学家密立根通过精密的定量实验证明了爱因斯坦的理论解释,从而也证明了光量子理论。

    光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象,在光的照射下,某些物质内部的电子会被光子激发出来而形成电流,即光生电 。光电现象由德国物理学家赫兹于1887年发现,而正确的解释为爱因斯坦所提出。科学家们对光电效应的深入研究对发展量子理论起了根本性的作用。

外光电效应和内光电效应:

内光电效应是被光激发所产生的载流子(自由电子或空穴)仍在物质内部运动,使物质的电导率发生变化或产生光生伏特的现象。外光电效应是被光激发产生的电子逸出物质表面,形成真空中的电子的现象。
外光电效应
在光的作用下,物体内的电子逸出物体表面向外发射的现象叫做外光电效应。
外光电效应的一些实验规律
a.仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时,物体才能发出光电子,这个频率叫做极限频率(或叫做截止频率),相应的波长λ0叫做极限波长。不同物质的极限频率和相应的极限波长λ0 是不同的。
一些金属的极限波长(单位:埃):

铯    钠    锌    银    铂
6520    5400    3720    2600    1960
b.光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说,光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
c.在光的频率不变的情况下,入射光越强,的那位时间内阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数目越多
d.从实验知道,产生光电流的过程非常快,一般不超过10的-9次方秒;停止用光照射,光电流也就立即停止。这表明,光电效应是瞬时的。
e.爱因斯坦方程:hν=(1/2)mv^2+I+W
式中(1/2)mv^2是脱出物体的光电子的初动能。金属内部有大量的自由电子,这是金属的特征,因而对于金属来说,I项可以略去,爱因斯坦方程成为 hυ=(1/2)mv^2+W 假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属,产生光电效应的最小光频率(极限频率) u0。由 hυ0=W确定。相应的极限波长为λ0=C/υ0=hc/W。 发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加,因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。算式在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式: 光子能量= 移出一个电子所需的能量+ 被发射的电子的动能代数形式: hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常数,h = 6.63 ×10^-34 J·s, f是入射光子的频率,φ是功函数,从原子键结中移出一个电子所需的最小能量, f0是光电效应发生的阀值频率,Em是被射出的电子的最大动能, m是被发射电子的静止质量, v是被发射电子的速度
注:如果光子的能量(hf)不大于功函数(φ),就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。这个算式与观察不符时(即没有射出电子或电子动能小于预期),可能是因为系统没有完全的效率,某些能量变成热能或辐射而失去了。爱因斯坦因成功解释了光电效应而获得1921年诺贝尔物理学奖 。
基于外光电效应的电子元件有光电管、光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲,然后送到电子线路去,记录下来。

光电效应 光电效应方程
光电效应 光电效应方程

光电效应
内光电效应
当光照在物体上,使物体的电导率发生变化,或产生光生电动势的现象。分为光电导效应和光生伏特效应(光伏效应)。
1 光电导效应
在光线作用下,电子吸收光子能量从键合状态过度到自由状态,而引起材料电导率的变化。
当光照射到光电导体上时,若这个光电导体为本征半导体材料,且光辐射能量又足够强,光电材料价带上的电子将被激发到导带上去,使光导体的电导率变大。
基于这种效应的光电器件有光敏电阻。
2 光生伏特效应
在光作用下能使物体产生一定方向电动势的现象。基于该效应的器件有光电池和光敏二极管、三极管。
①势垒效应(结光电效应)
光照射PN结时,若h?≧Eg,使价带中的电子跃迁到导带,而产生电子空穴对,在阻挡层内电场的作用下,电子偏向N区外侧,空穴偏向P区外侧,使P区带正电,N区带负电,形成光生电动势。
②侧向光电效应(丹培效应)
当半导体光电器件受光照不均匀时,光照部分产生电子空穴对,载流子浓度比未受光照部分的大,出现了载流子浓度梯度,引起载流子扩散,如果电子比空穴扩散得快,导致光照部分带正电,未照部分带负电,从而产生电动势,即为侧向光电效应。
③光电磁效应
半导体受强光照射并在光照垂直方向外加磁场时,垂直于光和磁场的半导体两端面之间产生电势的现象称为光电磁效应,可视之为光扩散电流的霍尔效应。
④贝克勒耳效应
是指液体中的光生伏特效应。当光照射浸在电解液中的两个同样电极中的一个电极时,在两个电极间产生电势的现象称为贝克勒耳效应。感光电池的工作原理基于此效应。
3 光子牵引效应
当光子与半导体中的自由载流子作用时,光子把动量传递给自由载流子,自由载流子将顺着光线的传播方向做相对于晶格的运动。结果,在开路的情况下,半导体样品将产生电场,它阻止载流子的运动。这个现象被称为光子牵引效应。

光电效应方程: Ek =hν - W

1905年,爱因斯坦把普朗克的量子化概念进一步推广。他指出:不仅黑体和辐射场的能量交换是量子化的,而且辐射场本身就是由不连续的光量子组成,每一个光量子的与辐射场频率之间满足ε=hν,即它的能量只与光量子的频率有关,而与强度(振幅)无关。

光电效应中,金属中的电子在飞出金属表面时要克服原子核对它的吸引而做功。某种金属中的不同电子,脱离这种金属所需的功不一样,使电子脱离某种金属所做的功的最小值,叫做这种金属的逸出功。
如果入射光子的能量hν 大于逸出功W,那么有些光电子在脱离金属表面后还有剩余的能量,也就是说有些光电子具有一定的动能。因为不同的电子脱离某种金属所需的功不一样,所以它们就吸收了光子的能量并从这种金属逸出之后剩余的动能也不一样。由于逸出功W 指从原子键结中移出一个电子所需的最小能量,所以如果用Ek 表示动能最大的光电子所具有的动能,那么就有下面的关系式 Ek =hν - W (其中,h 表示普朗克常量,ν 表示入射光的频率),这个关系式通常叫做爱因斯坦光电效应方程。即:光子能量 = 移出一个电子所需的能量(逸出功) + 被发射的电子的动能。
最大初动能
发生光电效应时,电子克服金属原子核的引力逸出时,具有的动能大小不同。金属表面上的电子吸收光子后逸出时动能的最大值,称为最大初动能。

逸出功
电子吸收光子的能量后,可能向各个方向运动,有的向金属内部运动,有的向外运动,由于路程不同,电子逃逸出来时损失的能量不同,因而它们离开金属表面时的初动能不同。只有直接从金属表面飞出来的电子的初动能最大,这时光电子克服原子核的引力所做的功叫这种金属的逸出功。

综上所述,本文已为讲解光电效应 光电效应方程,相信大家对光电效应 光电效应方程的认识越来越深入,希望本文能对各位读者有比较大的参考价值

浏览过本文<光电效应 光电效应方程>的人也浏览了  

光电效应及其实验规律主要有哪些?
http://baike.cntronics.com/abc/219


光电式传感器是什么?
http://baike.cntronics.com/abc/5921


磁场强度单位
http://baike.cntronics.com/abc/1583 


特别推荐
技术文章更多>>
技术白皮书下载更多>>
热门搜索

关闭

关闭