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什么是光電效應(yīng)?

2010年03月13日 16:30 www.xsypw.cn 作者:佚名 用戶評論(0
關(guān)鍵字:光電效應(yīng)(13279)

什么是光電效應(yīng)?
??? 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,這類現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應(yīng)。金屬表面在光輻照作用下發(fā)射電子,發(fā)射出來的電子叫做光電子。光波長小于某一臨界值時(shí)方能發(fā)射電子,即極限波長,對應(yīng)的光頻率叫做極限頻率。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而與光強(qiáng)度無關(guān),這一點(diǎn)無法用光的波動(dòng)性解釋。這里還有一點(diǎn)與光的波動(dòng)性相矛盾,即光電效應(yīng)的瞬時(shí)性:按波動(dòng)性理論,如果入射光較弱,照射的時(shí)間要長一些,金屬中的電子才能積累足夠的能量,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,無論光亮度的強(qiáng)弱,光子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時(shí)的,不超過十的負(fù)九次方秒。所以正確的解釋是光必定是由與波長有關(guān)的嚴(yán)格規(guī)定的能量單位(即光子或光量子)所組成。這種解釋為愛因斯坦提出。光電效應(yīng)由德國物理學(xué)家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn),對量子理論的發(fā)展起到了根本性作用。

光電效應(yīng)圖片?

光電效應(yīng)分為光電子發(fā)射、光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏打效應(yīng)。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面,又稱外光電效應(yīng)。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部,稱為內(nèi)光電效應(yīng)。?

光電效應(yīng)的公式

在以愛因斯坦方式量化分析光電效應(yīng)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(shù)形式:光電效應(yīng)

h是普朗克常數(shù),
f是入射光子的頻率,
光電效應(yīng)是功函數(shù),從原子鍵結(jié)中移出一個(gè)電子所需的最小能量,
是被射出的電子的最大動(dòng)能,
?f0是光電效應(yīng)發(fā)生的閥值頻率,
m是被發(fā)射電子的靜止質(zhì)量,
vm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(shù)(φ),就不會有電子射出。功函數(shù)有時(shí)又以W標(biāo)記。

這個(gè)算式與觀察不符時(shí)(即沒有射出電子或電子動(dòng)能小于預(yù)期),可能是因?yàn)橄到y(tǒng)沒有完全的效率,某些能量變成熱能或輻射而失去了。

光電效應(yīng)的應(yīng)用

制造光電倍增管
光電效應(yīng)
光電倍增管能將一次次閃光轉(zhuǎn)換成一個(gè)個(gè)放大了的電脈沖,然后送到電子線路去,記錄下來。算式在以愛因斯坦方式量化分析光電效應(yīng)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(shù)形式: hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數(shù),h = 6.63 ×10^-34 J·s, f是入射光子的頻率, φ是功函數(shù),從原子鍵結(jié)中移出一個(gè)電子所需的最小能量, f0是光電效應(yīng)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(shù)(φ),就不會有電子射出。功函數(shù)有時(shí)又以W標(biāo)記。 這個(gè)算式與觀察不符時(shí)(即沒有射出電子或電子動(dòng)能小于預(yù)期),可能是因?yàn)橄到y(tǒng)沒有完全的效率,某些能量變成熱能或輻射而失去了。?

光控制電器
光電效應(yīng)
利用光電管制成的光控制電器,可以用于自動(dòng)控制,如自動(dòng)計(jì)數(shù)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)跟蹤等等,右上圖是光控繼電器的示意圖,它的工作原理是:當(dāng)光照在光電管上時(shí),光電管電路中產(chǎn)生電光流,經(jīng)過放大器放大,使電磁鐵M磁化,而把銜鐵N吸住,當(dāng)光電管上沒有光照時(shí),光電管電路中沒有電流,電磁鐵M就自動(dòng)控制,利用光電效應(yīng)還可測量一些轉(zhuǎn)動(dòng)物體的轉(zhuǎn)速。?

光電倍增管
光電效應(yīng)
利用光電效應(yīng)還可以制造多種光電器件,如光電倍增管、電視攝像管、光電管、電光度計(jì)等,這里介紹一下光電倍增管。這種管子可以測量非常微弱的光。右下圖是光電倍增管的大致結(jié)構(gòu),它的管內(nèi)除有一個(gè)陰極K和一個(gè)陽極A外,還有若干個(gè)倍增電極K1、K2、K3、K4、K5等。使用時(shí)不但要在陰極和陽極之 間加上電壓,各倍增電極也要加上電壓,使陰極電勢最低,各個(gè)倍增電極的電勢依次升高,陽極電勢最高,這樣,相鄰兩個(gè)電極之間都有加速電場,當(dāng)陰極受到光的照射時(shí),就發(fā)射光電子,并在加速電場的作用下,以較大的動(dòng)能撞擊到第一個(gè)倍增電極上,光電子能從這個(gè)倍增電極上激發(fā)出較多的電子,這些電子在電場的作用下,又撞擊到第二個(gè)倍增電極上,從而激發(fā)出更多的電子,這樣,激發(fā)出的電子數(shù)不斷增加,最后后陽極收集到的電子數(shù)將比最初從陰極發(fā)射的電子數(shù)增加了很多倍(一般為105~108倍)。因而,這種管子只要受到很微弱的光照, 就能產(chǎn)生很大電流,它在工程、天文、軍事等方面都有重要的作用。

農(nóng)業(yè)病蟲害防治
光電效應(yīng)
農(nóng)業(yè)蟲害的治理需要依據(jù)為害昆蟲的特性提出與環(huán)境適宜、生態(tài)兼容的技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù)。為害昆蟲表現(xiàn)了對敏感光源具有個(gè)體差異性和群體一貫性的趨光性行為特征,并通過視覺神經(jīng)信號響應(yīng)和生理光子能量需求的方式呈現(xiàn)出生物光電效應(yīng)的作用本質(zhì)。利用昆蟲的這種趨性行為誘導(dǎo)增益特性,一些光電誘導(dǎo)殺蟲燈技術(shù)以及害蟲誘導(dǎo)捕集技術(shù)廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)蟲害的防治,具有良好的應(yīng)用前景

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