光电效应

我们来讨论一下光电效应。光电效应是一个非常非常重要的效应，它是由海因里希·赫兹在1887年发现的，他是第一个制造电磁波并证明电磁波存在的人。在对电磁波的研究中，他发现如果你将紫外线照射到金属上，就会产生火花。他不知道这是什么但他是第一个看到这种效果的人。

现在，稍后，它于1905年由Albert Einstein解释。他实际上在以后赢得了该解释的诺贝尔物理学奖。这种解释实际上巩固了光子在量子力学发展中的地方，因为光电效应是甚至无法指向的光子的首次直接观察之一。好吧。那么光电效果是什么？

本质上，我们要做的是取一块刚割下来的金属，把它放在真空中。然后我们用光照射它。现在，有时候这种光会导致电子跳出金属，对吧?通常，我们会认为，光是波，对吧?所以如果你提高了强度你就会得到更多的电子，对吧?所以，不管金属是什么，我的意思是，如果我用300瓦的激光照射它，我应该会有一些电子跳出来。这就是我所期望的。观察发现，事实并非如此。对吧?观察到的是，如果有一些频率，是的，增加强度会增加电子的数量。 But if I try to go below a certain frequency, I don't get any electrons at all. Doesn't matter what the intensity is. Doesn't matter and it's a sharp cut off. Get electrons, no electrons. Alright? So this was not understood at all. Now the experimental set up is important to understand. What we're doing is we've got a vacuum chamber in here, we've got a circuit that we're driving by a battery.

这都是真空。没有人能不受阻碍地通过。然而电子，非常想在这一边因为这是带正电的一边。记住长边是电池的正极所以电子确实想要跳过去。所以我们要做的就是发出我们的光。现在如果一个电子被解放了，它肯定会跃迁过来因为它想站在正电荷的那一边。但是电子在金属中。它们必须先从金属中解放出来。一般来说，我们有几个期望。我们期望你增加强度，你会增加电子。 We also expect you increase the amount of time, because it's a wave so the electrons should be absorbing the energy as time goes on and you increase the amount of time, you should increase the amount of energy. That's not observed.

那么，我们如何理解观察到了什么？好吧，事实证明，我们需要一点，以便真正这样做。所以我们要做的是，当我们在他们身上发光时，我们会问电子获得多少能量。而我们将要这样做的方式是我们将重新逆转电池。所以现在电子真的不想让那跳，除非他们的能量高于它所需的能量量，否则他们不能使其跳跃。对吧?所以我们再次发光，我们会转动电压，直到没有更多的电流。因此，直到没有更多的电子有足够的能量来使得跳跃。因此，此VS称为最大反向电压，称为停止电压。它是您需要的电压，以便停止电流，以便它不会再来。 The maximum kinetic energy is the amount of energy that it takes for the electron to make that jump. So it's equal to the charge of the electron times the stopping voltage.

现在，关于所有这些的奇怪事情是发现停止电压仅取决于频率，而不是强度。所以，经典地，我期待如果我碰到强度，那么我将把电子给予更多动能，因为有更多的能量进来，但这不是发生的事情。我确实得到了更大的电流，但我不会改变我的停止电压。所以这是一个问题。所以当我们制作图表时，这就是我们发现的。我们拥有最大的动能与频率，平稳，直到您获得此阈值频率。这是因为根本没有目前。电子完全不能跳跃，所以停止电压是什么，零是因为[IB]我不需要电压，它已经完成。但是，一旦我达到这个阈值频率，我就会增加频率和外观。它线性地升起。 That's extremely important. So what that means is that I can write a functional form for that relationship. Kmax equals h which is a constant that I can measure in experiment, times f-f not So what equals f not is zero. But then when f is greater than f not it goes up linearly. now multiplying this out, what we've got is hf minus and then hf not which we call the work function. This is associated with the threshold frequency and it only depends on the metal. That's it. so sodium has a certain f not and any piece of sodium I use same f not, you know, if I use lithium, now it's a different f not alright? So it depends only on the metal.

现在，我们理解这个的方法这是爱因斯坦给我们的解释的美妙之处，动能等于某个东西减去这个功函数它只取决于金属。所以我们说，嗯。这个东西一定是光所携带的能量。这就是电子吸收的能量。这个功函数必须是离开金属所需要的能量。那么需要做多少功才能把电子从原子核的化学键中拉出来，从金属原子核中，把电子从金属中拉出来，让它跳过真空呢?这就是解释。我们有能量给出负的功函数我们看这个的方法是，给出的能量，只取决于频率。这意味着我们发送多少光无关紧要。电子唯一能吸收的能量是hf。 That's it. So if I increase the intensity, then that's great if hf is enough to get it to jump out of the surface, but if it's not enough, doesn't matter. Still zero curent.

这就是光电效应。