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什么是光電效應?

2010年03月13日 16:30 srfitnesspt.com 作者:佚名 用戶評論(0

什么是光電效應?
??? 光照射到某些物質上,引起物質的電性質發(fā)生變化,這類現(xiàn)象被人們統(tǒng)稱為光電效應。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方能發(fā)射電子,即極限波長,對應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度無關,這一點無法用光的波動性解釋。這里還有一點與光的波動性相矛盾,即光電效應的瞬時性:按波動性理論,如果入射光較弱,照射的時間要長一些,金屬中的電子才能積累足夠的能量,飛出金屬表面??墒聦嵤牵灰獾念l率高于金屬的極限頻率,無論光亮度的強弱,光子的產(chǎn)生幾乎都是瞬時的,不超過十的負九次方秒。所以正確的解釋是光必定是由與波長有關的嚴格規(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。光電效應由德國物理學家赫茲于1887年發(fā)現(xiàn),對量子理論的發(fā)展起到了根本性作用。

光電效應圖片?

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(xiàn)象發(fā)生在物體表面,又稱外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內部,稱為內光電效應。?

光電效應的公式

在以愛因斯坦方式量化分析光電效應時使用以下算式:

光子能量 = 移出一個電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動能

代數(shù)形式:光電效應

h是普朗克常數(shù),
f是入射光子的頻率,
光電效應是功函數(shù),從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量,
是被射出的電子的最大動能,
?f0是光電效應發(fā)生的閥值頻率,
m是被發(fā)射電子的靜止質量,
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)有時又以W標記。

這個算式與觀察不符時(即沒有射出電子或電子動能小于預期),可能是因為系統(tǒng)沒有完全的效率,某些能量變成熱能或輻射而失去了。

光電效應的應用

制造光電倍增管
光電效應
光電倍增管能將一次次閃光轉換成一個個放大了的電脈沖,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時使用以下算式: 光子能量 = 移出一個電子所需的能量 + 被發(fā)射的電子的動能 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),從原子鍵結中移出一個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能, m是被發(fā)射電子的靜止質量, 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)有時又以W標記。 這個算式與觀察不符時(即沒有射出電子或電子動能小于預期),可能是因為系統(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
利用光電管制成的光控制電器,可以用于自動控制,如自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等等,右上圖是光控繼電器的示意圖,它的工作原理是:當光照在光電管上時,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,當光電管上沒有光照時,光電管電路中沒有電流,電磁鐵M就自動控制,利用光電效應還可測量一些轉動物體的轉速。?

光電倍增管
光電效應
利用光電效應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構,它的管內除有一個陰極K和一個陽極A外,還有若干個倍增電極K1、K2、K3、K4、K5等。使用時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,各個倍增電極的電勢依次升高,陽極電勢最高,這樣,相鄰兩個電極之間都有加速電場,當陰極受到光的照射時,就發(fā)射光電子,并在加速電場的作用下,以較大的動能撞擊到第一個倍增電極上,光電子能從這個倍增電極上激發(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
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)兼容的技術體系和關鍵技術。為害昆蟲表現(xiàn)了對敏感光源具有個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)信號響應和生理光子能量需求的方式呈現(xiàn)出生物光電效應的作用本質。利用昆蟲的這種趨性行為誘導增益特性,一些光電誘導殺蟲燈技術以及害蟲誘導捕集技術廣泛地應用于農(nóng)業(yè)蟲害的防治,具有良好的應用前景

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