何謂光電效應?

Question

何謂光電效應?
即光電效應的重點和理論

Answer 1

重點:

所謂光電效應即是以光激發電子所產生的反應。古典的光波模型預測：光電子的最大動能EK與光的入射強度有關，也就是說，當入射光強度越強，所產生的電子之能量越大。然而，從光的量子學說觀點，光電子的最大動能EK只和入射光的頻率有關，而與光的強弱無關，也就是說，以越高頻率的光入射，所得到的電子能量也越大。

光電效應
金屬表面在光輻照作用下發射電子的效應。光波長小於某一臨界值時方能發射電子。臨界值取決於金屬材料,而發射電子的能量取決於光的波長而與光強度無關。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所提出。光電效應由德國物理學家赫茲於 1887年發現,對發展量子理論起了根本性的作用。

能量夠大的光子與金屬原子中電子碰撞,可將電子撞離原子(要大於代溝的能量)


理論

一九○五年，二十六歲的愛因斯坦發表四篇論文，提出了對人類有巨大影響的三個觀念，一、狹義相對論提出對時空及質量關係的革命性新理論；二、布朗運動闡述基本熱力學中關於分子動力的定律；三、光電效應不但揭開量子力學基本奧秘，也開啟現代量子光學新紀元。

愛因斯坦提出這些理論震驚當時物理學界，更讓他成為家喻戶曉的天才科學家。他的光電效應理論為太陽能電池和光電探測器發展奠定基礎；射線受激輻射是雷射器的理論依據；相對論則為全球衛星導航系統ＧＰＳ提供了所需的修正。

光電效應並不是愛因斯坦的發現，一八三九年法國科學家就注意到此現象；一九○○年德國物理學家普朗克指出，熱物體會以離散量發出被稱為「量子」特定頻率的光。一九○五年，愛因斯坦將普朗克的觀察理論化，闡述光有粒子流似的行為，當它傳播時，將電子從金屬中擊出，就像母球擊打排列好的檯球一樣。

愛因斯坦這項光電效應理論讓世界產生無數光電控制設備，除了最常見的電動門，調控影印機碳粉濃度及控制相機曝光時間等，都利用到光電效應。光電效應器件甚至用在呼吸檢測儀器中，在檢測氣體與酒精作用後，光電池顯示出顏色的改變。

光電效應最明顯的應用是太陽能電池。從一九五○年開始，太陽能電池可以將一五％到三○％的入射光轉換為電能，為計算器、手錶、家庭環境檢測、軌道衛星和火星探測等提供能量。

雷射產品在現今人類日程生活中普遍存在，雷射理論基礎是愛因斯坦建立起來的。一九一七年，愛因斯坦的論文《論輻射的量子性》便提出雷射原理，並導出方程式，表明受激輻射會產生額外光子。經過幾十年的發展，射線受激輻射理論從ＣＤ到武器雷射無所不在。

隨著半導體和發光二極體的發明，雷射器的大規模應用成為現實。現在受激輻射應用在眾中多領域中，包括ＤＶＤ播放機、水平儀和指示器、飛機環狀陀螺儀、商用切割工具、醫療器械和通訊信號光纖傳輸等。在軍事上，從防禦到進攻，從武器到夜視儀，雷射無所不為。

全球定位系統ＧＰＳ的應用普及，許多城市的公共汽車、計程車都安裝了它。早期的ＧＰＳ接收器確定物體位置的誤差在十五米左右，因為不夠精確，應用受限。但應用愛因斯坦的相對論卻能將ＧＰＳ修正到幾乎無誤差。

愛因斯坦一九一六年完成廣義相對論時，就預測宇宙中有重力波存在，但直到二十一世紀，科學家才有足以偵測重力波的科技實力。儘管目前還無法直接偵測到它，但重力波對脈衝星的影響確實可量測出來，並與愛因斯坦的預測一致。

愛因斯坦之所以偉大，因為他的研究改變了人類生活，也精準預測了世界未來，即使一百年後的現代科學家，也只能不斷證實他的理論正確而無法推翻他。

PS:
這是屬於電子材料學之一半導體課程內容光電效應再講電洞跟導電帶即能階代溝等等內容光電效應也是一樣

Answer 2

光波都帶有能量，而當光波撞擊到導體的時候會給與導體上面的電子能量。當電子的達到一定的能量的時候，它就會脫離共價鍵而成為自由電子。這時候，如果光電材料有接成一個迴路的話，就會形成電流。也就是說，我們只要感測光電材料的電流，就可以知道光的強弱。值得注意的是，由於光的波長不同，所帶有的能量也不同。所以也許光的強弱一樣，但是因為光的波長不一樣，而感測到不同的電流。