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光电效应

  19 世纪末经典物理学的一大难题是解释当一束光聚焦在金属板上时会发生什么。值得记住的是,此时还没有完整的量子力学理论。

 为了解释涉及原子和其他小粒子的现象,发展了统计力学,这是一种利用经典力学以经典方式处理此类问题的方法。 

这种现象称为光电效应,涉及使用光束从金属的最外层去除电子。当时,光仍被理解为一种电磁波,人们认为光的强度越大,它携带的能量就越大。使用当时的经典力学,结果是,无论光的频率如何,只要光落在金属上,就有可能增加光束的强度以从材料中剥离电子。可以使用电压表测量剥离电子的能量。

然而,这并不是实验所显示的。当一束单色光束(单频)聚焦在金属板上时,电子可能会或可能不会从金属中撕裂。如果是这样,那么这样一个电子就会有一定的能量,而增加光的强度并不会导致抢夺不同能量的电子,而只是更多地抢夺与之前能量相同的电子。如果电子没有被光的入射撕裂,那么增加光的强度也不会导致电子从金属中撕裂。此外,如果入射光的频率以递减的方式变化,对于给定的金属,总是有一个频率,称为截止频率,低于它就不可能从金属中去除电子,无论光强度。因此,该理论与实验不一致。图片下方有一个模拟器进行交互
 

 根据爱因斯坦采用普朗克常数,光子的方程是......

其中 h - 普朗克常数,  ν - 频率 和𝜙 - 功函数

爱因斯坦用这个方程的意思是,对于给定的非常低的频率,如果我们将光的强度增加到相同的频率,独立地将电子从板上击落是不够的。但是如果我们把一个频率非常高的光聚焦在金属板上,那么电子就会从这个板上释放出来,如果我们把发光强度提高到高频,那么释放的电子量就越大。该方程中出现的 (𝜙) 项 - 功函数告诉我们,有一个最小值能够从板上移除电子,即;

 

如果 (h )小于(𝜙) 电子不会离开板 

 

如果 (h .ν)大于(𝜙) 电子 脱离董事会。

这个𝜙对每种金属都有一个特定的值。这是由于金属中原子之间的静电键而发生的,我们知道我们只能去除自由电子,即在所谓的价壳层中的电子,因为它们的能量较低,因此很容易脱离其原子轨道。这个功函数 𝜙 正是光子必须具有的值才能打破原子之间的这种结合能并将电子击出,从而在探测器中产生电流。更好地理解 下面的动画 关于光电效应将帮助你理解这个概念。操纵 板上的光强度和 它在色谱中的频率,并在这些板的材料类型之间切换。看看会发生什么。

 从而, 阿尔伯特·爱因斯坦在这个实验中说,光不仅仅是粒子和波,而且两者兼而有之!对于某些现象,光具有波动行为,而对于其他现象,它具有微粒行为。

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