光电效应：解释与应用

当一个光子（Y）撞击一个电子（E）时，它会将其击散并产生一个光电子。通用fmv）

光电效应指的是当电子从吸收了电磁辐射的材料中发射出来时所发生的情况。物理学家阿尔伯特·爱因斯坦是第一个完整描述这种效应的人，他的工作获得了诺贝尔奖。

光电效应是什么据《科学美国人》报道，能量高于某一点的

光可以用来将电子击散，使其脱离固体金属表面。每一个被称为光子的光粒子都与一个电子碰撞，并利用它的一些能量来驱逐电子。光子的其余能量转移到自由的负电荷，称为光电子。

理解这是如何工作的，彻底改变了现代物理学。光电效应的应用给我们带来了“电眼”开门器、摄影用的测光表、太阳能电池板和光电复印。

发现

在爱因斯坦之前，科学家就已经观察到了这种效应，但他们对这种行为感到困惑，因为他们不完全了解光的本质。19世纪末，苏格兰的物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和荷兰的亨德里克·洛伦茨认为光的行为似乎是波。通过观察光波如何表现出干涉、绕射和散射来证明这一点，这是各种波（包括水中的波）的共同点。

因此爱因斯坦在1905年提出的光也可以表现为粒子集的论点是革命性的，因为它不符合经典的电磁辐射理论。其他的科学家在他之前就提出了这个理论，但是爱因斯坦是第一个充分阐述这个现象发生的原因和影响的人。例如，1887年，德国的海因里希·赫兹是第一个看到光电效应的人。他发现，如果他将紫外线照射到金属电极上，他降低了使火花在电极后面移动所需的电压，据英国天文学家大卫·达林所说，

，然后在1899年，在英国，J.J.汤普森证明了紫外线照射金属表面导致了电子的喷射。1902年，随着菲利普莱纳德（赫兹的前助手）的工作，对光电效应进行了定量测量。很明显，光具有电学性质，但目前还不清楚究竟发生了什么。

根据爱因斯坦的说法，光是由小的包组成的，最初称为量子，后来称为光子。量子在光电效应下的行为可以通过思维实验来理解。想象一下一个大理岩在井里盘旋，就像一个束缚在原子上的电子。当一个光子进入时，它会撞击d珠（或电子），给它足够的能量从井中逃出。这就解释了光线照射金属表面的行为。

而爱因斯坦，当时是瑞士的一名年轻的专利职员，在1905年解释了这一现象，他花了16年的时间才获得诺贝尔奖。此前，美国物理学家罗伯特·密立根不仅验证了这项工作，还发现了爱因斯坦常数与普朗克常数之间的关系。后一个常数描述了粒子和波在原子世界中的行为。

关于光电效应的进一步早期理论研究是由阿瑟·康普顿在1922年进行的（他表明X射线也可以被当作光子来对待，并在1927年获得了诺贝尔奖），以及拉尔夫·霍华德·福勒在1931年进行的（他观察了金属温度与光电电流的关系。）

应用

虽然对光电效应的描述听起来理论性很强，但其工作有许多实际应用。《大英百科全书》中有几段描述：

光电管最初是用来探测光的，它使用一个含有阴极的真空管来发射电子，用一个阳极来收集产生的电流。今天，th这些“光电管”已经发展到用于太阳能电池和光纤通信等应用的半导体光电二极管。

光电倍增管是光电管的一种变体，但它们有几个称为dynodes的金属板。电子在光照阴极后释放出来。然后，电子落在第一个双节点上，第一个双节点释放更多的电子落在第二个双节点上，然后落在第三个、第四个，以此类推。每个倍增节点放大电流；大约10个倍增节点后，电流足够强，光电倍增管甚至可以探测到单个光子。这些例子被用于光谱学（它将光分解成不同的波长，以了解更多关于恒星的化学成分），以及计算机断层扫描（CAT）扫描检查身体。“KdSPE”“KDSPs”光电二极管和光电倍增管的其他应用包括：“KdSPE”成像技术，包括（旧的）电视摄像管或像增强器；研究核过程；根据发射的电子对材料进行化学分析；提供原子中电子如何在不同能量状态之间过渡的理论信息。”但据

科学美国人说，光电效应最重要的应用可能是引发量子革命。它引导物理学家以一种全新的方式思考光的本质和原子的结构。

附加资源

物理超文本：光电效应可汗学院：光电效应

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