光电效应：来自物质和光的电子
当物质暴露在电磁辐射（如光子）下发射电子时，就会产生光电效应。下面我们来仔细看看光电效应是什么以及它是如何工作的。
光电效应概述
研究光电效应的部分原因是它可以作为波粒二象性和量子力学的介绍。
当一个表面暴露在能量充足的电磁能下时，光将被吸收，电子将被发射。不同材料的阈值频率不同。碱金属为可见光，其他金属为近紫外光，非金属为极紫外辐射。光电效应发生在光子的能量从几个电子伏到超过1兆电子伏的情况下。在与511kev的电子剩余能量相当的高光子能量下，康普顿散射可能发生，在能量超过1.022mev时可能发生对产生。
爱因斯坦提出光是由量子组成的，我们称之为光子。他认为，每一个光量子中的能量等于频率乘以一个常数（普朗克常数），频率超过某个阈值的光子将有足够的能量射出单个电子，从而产生光电效应。事实证明，光不需要量化来解释光电效应，但一些教科书坚持认为光电效应证明了光的粒子性质。
光电效应的爱因斯坦方程
爱因斯坦对光电效应的解释得出了适用于可见光和紫外光的方程式：
光子能量=移除电子所需的能量+发射电子的动能
hν=W+E
其中h是普朗克常数，ν是入射光的频率，nw是功函数，这是从给定金属表面移除电子所需的最小能量：hν0E是喷射电子的最大动能：1/2 mv2ν0是光电效应的阈值频率m是喷射电子的剩余质量nv是喷射电子的速度
如果入射光子的能量小于功函数，则不会发射电子。
应用爱因斯坦的狭义相对论，粒子的能量（E）和动量（p）之间的关系是
E=[（pc）2+（mc2）2]（1/2）
其中m是粒子的静止质量，c是真空中的光速。
光电效应的主要特征
- 对于给定频率的入射辐射和金属，光电子的射出速率与入射光的强度成正比。
- 光电子的入射和发射之间的时间很短，不到10–9秒。
- 对于给定的金属，有一个最小的入射辐射频率，低于该频率将不会发生光电效应，因此不能发射光电子（阈值频率）。
- 在阈值频率以上，发射光电子的最大动能取决于入射辐射的频率，但与强度无关。
- 如果入射光是线偏振的，则发射电子的方向分布将在偏振方向（电场方向）上达到峰值。
光电效应与其他相互作用的比较
当光和物质相互作用时，根据入射辐射的能量，有几种过程是可能的。光电效应是由低能光引起的。中能产生汤姆逊散射和康普顿散射。高能光可导致成对产生。
- 发表于 2021-09-15 15:01
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- 分类：化学
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