什么是光電效應?
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生變化,這類現象被人們統稱為光電效應。金屬表面在光輻照作用下發射電子,發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年發現,對量子理論的發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射、光電導效應和光生伏打效應。前一種現象發生在物體表面,又稱外光電效應。后兩種現象發生在物體內部,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 + 被發射的電子的動能
代數形式:
h是普朗克常數,
f是入射光子的頻率,
是功函數,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是光電效應發生的閥值頻率,
m是被發射電子的靜止質量,
vm是被發射電子的速度,
注:如果光子的能量(hf)不大于功函數(φ),就不會有電子射出。功函數有時又以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 + 被發射的電子的動能 代數形式: hf=φ+Em φ=hf0 Em=(1/2)mv^2 其中 h是普朗克常數,h = 6.63 ×10^-34 J·s, f是入射光子的頻率, φ是功函數,從原子鍵結中移出一個電子所需的最小能量, f0是光電效應發生的閥值頻率, Em是被射出的電子的最大動能, m是被發射電子的靜止質量, v是被發射電子的速度, 注:如果光子的能量(hf)不大于功函數(φ),就不會有電子射出。功函數有時又以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、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,光電管電路中產生電光流,經過放大器放大,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,從而激發出更多的電子,這樣,激發出的電子數不斷增加,最后后陽極收集到的電子數將比最初從陰極發射的電子數增加了很多倍(一般為105~108倍)。因而,這種管子只要受到很微弱的光照, 就能產生很大電流,它在工程、天文、軍事等方面都有重要的作用。
農業病蟲害防治
光電效應
農業蟲害的治理需要依據為害昆蟲的特性提出與環境適宜、生態兼容的技術體系和關鍵技術。為害昆蟲表現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,并通過視覺神經信號響應和生理光子能量需求的方式呈現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業蟲害的防治,具有良好的應用前景
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