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什么是光电效应?是什么决定了光子可以把电子从金属中踢出来!

装饰工程通讯 2025-02-10 0

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​为了理解光的颠簸性,假想一个电子决定到激光束下去做一个日光浴。
激光束是稳定、相关、强烈的光束。
这里的要点是,当电子进入激光束时,它将被拉着先跑到一边,然后又被拽到另一边,以特定的频率如此来回反复地振荡。
这个频率便是被代入方程E=hv的那一个,(这里的E是能量,v是频率,h是由于不愿定性事理而引入的布朗克常数)可见光的频率比10¹⁵次振荡每秒要轻微低一点。

这个类比很奇特,但它随意马虎给出一个更实际的例子。
电磁波和光实在便是一回事,但具有小得多的频率。
FM电台的频率大约是10⁸次振荡每秒,或10⁸Hz。
一兆赫兹是一百万赫兹,或10⁶Hz。
以是100兆赫兹便是10⁸HZ。
这样101.5兆赫兹便是10⁸多一点点次振荡每秒。
一个FM电台就建在差不多这样的频率上。
当你调台时,你调度的便是电路里电子振荡的频率,要使这个频率和电台的频率对上号。
这很像做日光浴的电子,收音机里的电子沐浴在电波下,接管照在它身上的无线电波。

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另一个该当会有益的类比是海上的浮标。
一样平常而言,浮标通过链条拴在一个位于海底的锚上,这样它就不会被洋流和海浪冲跑了。
浮标浮在水面上,在波浪的浸染下上高下下地运动着。
这就好比这天光浴下的电子对激光束的反应。
关于日光浴下的电子实际上还有更多情节:除非它像浮标一样被什么东西拴住,否则它终极将沿激光束方向被推动。

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(图片来自网络侵删)

光又将如何像粒子一样行为呢?著名的光电效应实验给我们供应了证据,光确实是由光子构成的,每一个光子的能量都是E=hv。
我们来阐明一下。
如果你对着金属照射光,你能把电子敲出来。
利用一个奥妙的实验装置,你可以检测到这些电子乃至还能丈量它们的能量。
这些丈量结果可以这样阐明。
光由很多光子构成,这相称于对金属施加了很多小的打击,每次打击相称于光子撞击到金属中的一个电子上。

如果光子有充足的能量,有时,它就能把与之碰撞的电子踢出金属。
根据方程E=hv,更高的频率意味着更高的能量。
我们知道蓝光的频率比红光高大约35%,这意味着一个蓝光子比一个红光子多35%的能量。
假设你用钠来研究光电效应。
实验见告我们,红光的能量不敷以把钠里面的电子踢出来。
乃至更亮的红光也无法把电子踢出来,我们看不到任何电子。
但蓝光子,由于它们有更高的能量,足够把电子从钠里面踢出来。
乃至非常弱的蓝光也能做到这一点。
可见问题的关键不是光的亮度(和光子的数目无关)而是光的颜色,是光的颜色决定了每个光子的能量。

能把电子从钠里面踢出来的光的最小频率是5.5×10¹⁴次振荡每秒,即绿光。
它对应的能量,利用方程E=hv,便是23电子伏。
把电子接到一个伏特的电源上它可以得到的能量便是1电子伏。
以是普朗克常数的数值将是2.3电子伏除以5.5×10¹⁴次振荡每秒。
常日将它简记为4.1×10ˉ¹⁵电子伏·秒。

总结一下,光在很多情形下的行为像波,然后在很多情形下像粒子。
这被称为波粒二象性。
根据量子力学,并不仅仅是光才有波粒二象性:万物皆有。

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