光電效應(yīng)指的是當(dāng)金屬受到光線照射時(shí),從金屬表面發(fā)射電子的現(xiàn)象。
入射光線的能量被金屬內(nèi)的電子所吸收,從而這些電子有足夠的能量從金屬表面“沖出”,實(shí)際上可以認(rèn)為是發(fā)射出來。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
當(dāng)使用經(jīng)典麥克斯韋光波方程解釋這種現(xiàn)象時(shí),我們可以得到一個(gè)結(jié)論,入射光線強(qiáng)度越大,金屬表面釋放的電子的能量也將越大,即釋放電子的平均能量隨著入射光線的強(qiáng)度增大而增大。
事實(shí)上,Lénard發(fā)現(xiàn)這并非如此。相反,釋放電子的能量與入射光線的強(qiáng)度是無關(guān)的。
愛因斯坦(1905)成功地解決了這一矛盾。他認(rèn)為入射光線是由獨(dú)立的量子組成,常被稱為光子。光子在與金屬中的電子的相互作用中,它是以獨(dú)立的粒子存在,而并不是以連續(xù)的光波存在。對于一定頻率即某種“顏色”的入射光波來說,每個(gè)光子攜帶的能量均為E=hf,其中h是普朗克常數(shù),f是光波的頻率。在愛因斯坦的模型中,增加入射光波的強(qiáng)度,實(shí)際上是增加了一段時(shí)間內(nèi)入射光子的數(shù)量,而其中每個(gè)光子所攜帶的能量是相等的(只要入射光波的頻率是一定的)。
顯然,在愛因斯坦的模型中,增加入射光線的強(qiáng)度將增加該金屬釋放電子的數(shù)量,但是每個(gè)電子攜帶的平均能量是相等的,其理由是入射光子攜帶相等的能量。【愛因斯坦假設(shè)該作用主要由單個(gè)光子被吸收而導(dǎo)致單個(gè)電子釋放的進(jìn)程主導(dǎo)】同樣,在愛因斯坦的模型中,增加入射光線的頻率f,而不是增加光線的強(qiáng)度,將增加發(fā)射電子的平均能量。
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩個(gè)預(yù)測的真實(shí)性。而且,通過實(shí)驗(yàn)還可以測量釋放電子的能量與頻率的增加率,從而確定普朗克常數(shù)h的值。
光電效應(yīng)也許是光子存在以及光波和電磁波存在“粒子”特性最直接和令人信服的證據(jù)。也就是說,它提供了無可否認(rèn)的證據(jù)證明了電磁場的量子化以及經(jīng)典麥克斯韋場方程的局限性。
1921年,阿爾伯特·愛因斯坦因?yàn)槌晒忉屃斯怆娦?yīng)以及他對理論物理的貢獻(xiàn)獲得該年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
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