内光电效应的两种类型及特征

内光电效应的两种类型及特征

内光电效应分为光电导效应和光生伏特效应两类：

光电导效应：在光线作用，电子吸收光子能量从键合状态过渡到自由状态，而引起材料电导率的变化，这种现象被称为光电导效应。基于这种效应的光电器件有光敏电阻。光生伏特效应：在光线作用下能够使物体产生一定方向的电动势的现象叫做光生伏特效应。 基于该效应的光电器件有光电池和光敏二极管、三极。

光电效应是怎么回事?

光电效应
(1)概述
金属表面在光辐照作用下发射电子的效应，发射出来的电子叫做光电子。光波长小于某一临界值时方能发射电子，即极限频率和极限波长。临界值取决于金属材料, 而发射电子的能量取决于光的波长而与光强度无关，这一点无法用光的波动性解释。还有一点与光的波动性相矛盾，即光电效应的瞬时性，按波动性理论，如果入射光较弱，照射的时间要长一些，金属中的电子才能积累住足够的能量，飞出金属表面。可是实是，只要光的频率高与金属的极限频率，光的亮度无论强弱，光子的产生都几乎是瞬时的，不超过十的负九次方。正确的解释是光必定是由与波长有关的严格规定的能量单位(即光子或光量子)所组成。这种解释为爱因斯坦所提出。光电效应由德国物理学家赫兹于1887年发现，对发展量子理论起了根本性在光的照射下，使物体中的电子脱出的现象叫做光电效应(Photoelectric effect)。 光电效应分为光电子发射、光电导效应和光生伏打效应。前一种现象发生在物体表面，又称外光电效应。后两种现象发生在物体内部，称为内光电效应。
(2)说明
①光电效应的实验规律。
a．阴极(发射光电子的金属材料)发射的光电子数和照射发光强度成正比。
b．光电子脱出物体时的初速度和照射光的频率有关而和发光强度无关。这就是说，光电子的初动能只和照射光的频率有关而和发光强度无关。
c．仅当照射物体的光频率不小于某个确定值时，物体才能发出光电子，这个频率蛳叫做极限频率(或叫做截止频率)，相应的波长λ。叫做红限波长。不同物质的极限频率”。和相应的红限波长λ。是不同的。
几种金属材料的红限波长
金 属 铯 钠 锌 银 铂
红限波长(埃) 6520 5400 3720 2600 1960
d．从实验知道，产生光电流的过程非常快，一般不超过lOe-9秒；停止用光照射，光电流也就立即停止。这表明，光电效应是瞬时的。
②解释光电效应的爱因斯坦方程：根据爱因斯坦的理论，当光子照射到物体上时，它的能量可以被物体中的某个电子全部吸收。电子吸收光子的能量hυ后，能量增加，不需要积累能量的过程。如果电子吸收的能量hυ足够大，能够克服脱离原子所需要的能量(即电离能量)I和脱离物体表面时的逸出功(或叫做功函数)W，那末电子就可以离开物体表面脱逸出来，成为光电子，这就是光电效应。
爱因斯坦方程是
hυ=(1/2)mv2+I+W
式中(1/2)mv2是脱出物体的光电子的初动能。
金属内部有大量的自由电子，这是金属的特征，因而对于金属来说，I项可以略去，爱因斯坦方程成为
hυ=(1/2)mv2+W
假如hυ<W,电子就不能脱出金属的表面。对于一定的金属，产生光电效应的最小光频率(极限频率) υ0。由
hυ0=W确定。相应的红限波长为 λ0=C/υ0=hc/W。
发光强度增加使照射到物体上的光子的数量增加，因而发射的光电子数和照射光的强度成正比。
③利用光电效应可制造光电倍增管。光电倍增管能将一次次闪光转换成一个个放大了的电脉冲，然后送到电子线路去，记录下来。
算式
在以爱因斯坦方式量化分析光电效应时使用以下算式：
光子能量 = 移出一个电子所需的能量 + 被发射的电子的动能
代数形式：
其中
h是普朗克常数，
f是入射光子的频率，
是功函数，从原子键结中移出一个电子所需的最小能量，
是被射出的电子的最大动能，
f0是光电效应发生的阀值频率，
m是被发射电子的静止质量，
vm是被发射电子的速度，
注：如果光子的能量（hf）不大于功函数（φ），就不会有电子射出。功函数有时又以W标记。
这个算式与观察不符时（即没有射出电子或电子动能小于预期），可能是因为系统没有完全的效率，某些能量变成热能或辐射而失去了。
爱因斯坦因发现了光电效应而获得诺贝尔物理学奖

什么是光电效应呢?

光电效应是物理学中一个重要而神奇的现象，在高于某特定频率的电磁波照射下，某些物质内部的电子吸收能量后逸出而形成电流，即光生电。

发生光电效应的前提是光的频率必须超过金属的特征频率。爱因斯坦对光电效应的解释《关于光的产生和转变的一个启发性观点》获得了1921年的诺贝尔物理学奖。

分类

通常把光电效应分为三类：

1、外光电效应。在光线作用下能使电子逸出物体表面的现象称为外光电效应。基于该效应的光电器件有光电管、光电倍增管等。

2、内光电效应。在光线作用下能使物体电阻率改变的称为内光电效应，又称光电导效应。基于该效应的光电器件有光敏电阻、光敏晶体管等。

3、半导体光生伏特效应。在光线作用下能使物体产生一定方向电动势的称为半导体光生伏特效应。基于该效应的光电器件有光电池。

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