光电效应的三种类型

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：光电效应按原理一般分为三种类型。

1905年，爱因斯坦提出光量子学说。他认为光是以光速运动的粒子流，这些粒子称为光子。光子具有一定的频率和能量，频率为f的光子具有的能量E=hf，其中h=6.625×10-34J·s，是比例常数，称为普朗克常数。不同频率的光子具有不同的能量，光波所具有的能量是光子能量的总和。光波中的光子数目越多，光的强度就越强。当光子与物质相互作用时，光子能量作为一个整体被吸收或发射。光子概念的提出，使人们对光有了进一步的认识：光不仅具有波动性，而且还具有粒子性，而波动性和粒子性是不可分割的统一体，因此说光具有波动、粒子两重性。

1.原子能级

大家知道，物质由分子组成，分子由原子组成，而原子是由原子核和围绕原子核旋转的电子构成。围绕原子核旋转的电子能量是不连续的，只能取特定的离散值，这种现象称为电子能量的量子化，这些离散的能量值称为原子的能级。

最低的能级1E称为基态，能量比基态大的所有其他能级iE（i=1，2，3，4，… ）都称为激发态。当电子从较高能级2E跃迁至较低能级1E时，释放能量；当电子从较低能级1E跃迁至较高能级2E时，吸收能量，吸收或释放的能量等于相应两能级之间的能量差。

2.光与物质的相互作用

光可以被物质吸收，也可以从物质中发射。爱因斯坦指出光与物质相互作用时，将发生受激吸收、自发辐射、受激辐射三种物理过程。图3-49所示为光与物质作用的三种基本过程。

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图3-49　光与物质的三种相互作用

1）受激吸收

在能量为E=E2-E1、频率为f=(E2-E1)h 的外来光子的激发下，电子吸收外来光子的能量而从低能级1E跃迁到高能级2E上的过程，称为受激吸收，如图3-49（a）所示。

2）自发辐射

处于高能级上的电子状态是不稳定的，在没有外界作用的情况下，它将自发地从高能级E2跃迁到低能级E1上，并辐射出一个能量为E=E2-E1、频率为f=(E2-E1)h 的光子，这个过程称为自发辐射，如图3-49（b）所示。

3）受激辐射

高能级上的电子在能量为E=E2-E1、频率为f=(E2-E1)h 的外来光子的激发下，从高能级E2跃迁到低能级E1，同时辐射出一个和外来光子完全相同的光子的过程称为受激辐射，如图3-49所示。

3.光电效应

光电效应是指，当光照射物体时，物体受到一连串具有能量的光子的轰击，物体中的电子吸收入射光子的能量，而发生相应的效应。光电效应按原理一般分为三种类型。

（1）外光电效应：在光线作用下使物体内的电子逸出物体表面的现象，如光电管和光电倍增管等。

（2）内光电效应：在光线作用下使物体电阻率改变的现象，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。

（3）光生伏特效应：在光线作用下使物体产生一定方向电动势的现象，如光电池。

光电效应的三种类型

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