光电效应
光电效应对19世纪后期的光学研究提出了重大挑战。它挑战了当时流行的经典光波理论。正是这种物理学困境的解决方案使爱因斯坦在物理学界崭露头角，最终为他赢得了1921年的诺贝尔奖。
什么是光电效应(the photoelectric effect)？
物理学年鉴
当光源（或更一般地说，电磁辐射）入射到金属表面时，该表面可以发射电子。以这种方式发射的电子称为光电子（尽管它们仍然只是电子）。这在右侧的图像中进行了描述。
设置光电效应
通过向集电极施加负电压电位（图中的黑匣子），电子需要更多的能量来完成行程并启动电流。没有电子到达收集器的点称为停止电位Vs，可通过使用以下方程式确定电子（具有电子电荷e）的最大动能Kmax：
Kmax = eVs经典波解释
Iwork函数phi
这一经典解释得出了三个主要预测：
- 辐射强度应与产生的最大动能成比例关系。
- 无论频率或波长如何，任何光都会产生光电效应。
- 在辐射与金属的接触和光电子的初始释放之间应该有秒级的延迟。
实验结果
- 光源的强度对光电子的最大动能没有影响。
- 在一定频率以下，光电效应根本不会发生。
- 光源激活和第一个光电子发射之间没有明显的延迟（小于10-9秒）。
可以看出，这三个结果与波动理论的预测完全相反。不仅如此，它们都是完全违反直觉的。为什么低频光不会触发光电效应，因为它仍然携带能量？光电子是怎么这么快释放出来的？而且，也许最奇怪的是，为什么增加更多的强度不会导致更高能的电子释放？为什么波动理论在这种情况下完全失败，而它在许多其他情况下却表现得如此出色
爱因斯坦美好的一年
阿尔伯特·爱因斯坦·安纳伦·德·物理学
在马克斯·普朗克黑体辐射理论的基础上，爱因斯坦提出辐射能量不是连续地分布在波前，而是局限在小束（后来称为光子）中。光子的能量将通过称为普朗克常数（h）的比例常数与其频率（ν）相关联，或者使用波长（λ）和光速（c）：
E = hν = hc / λ or the momentum equation: p = h / λνφ
但是，如果光子中存在超过φ的多余能量，多余能量将转换为电子的动能：
Kmax = hν - φ当最不紧密束缚的电子挣脱束缚时，会产生最大动能，但最紧密束缚的电子又会怎样呢；光子中有足够的能量使其松动，但导致零的动能？将此截止频率（νc）的Kmax设置为零，我们得到：
νc = φ / h or the cutoff wavelength: λc = hc / φ继爱因斯坦之后
最重要的是，光电效应及其所激发的光子理论粉碎了经典的光波理论。虽然没有人能否认光是一种波，但在爱因斯坦的第一篇论文之后，不可否认的是它也是一种粒子。
- 发表于 2021-09-18 11:40
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- 分类：物理
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