AQA A-Level 物理/光電效應

關鍵定義

光電效應：當表面被高於一定閾值頻率的電磁輻射照射時，從表面發射電子的現象（通常在紫外線範圍內）。

閾值頻率：電磁輻射的最低頻率，使得它攜帶足夠的能量來從表面剝離（或移除）電子。

功函式 ( $\phi$ )：從表面移除電子所需做的最小功。

截止電壓 ( $V_{s}$ )：停止速度最快的光電子的外加電勢差。

在愛因斯坦的光子模型中，電磁（EM）輻射由稱為光子的能量包組成。當表面（通常是金屬）被EM輻射照射時，每個光子與表面上的每個電子都有一對一的相互作用。

假設光子的目標是從表面移除電子。它需要多少能量呢？

回到我們的定義，這種能量稱為功函式。因此，為了完成其目標，光子必須具有與材料的功函式相同的能量。

一開始可能不太明顯，但這與閾值頻率透過方程 $E=hf$ 完美地聯絡在一起，其中 $h=6.63\times 10^{-34}$ 稱為普朗克常數。

因此，光子具有的能量（在本例中為功函式）具有相應的頻率，在本例中稱為閾值頻率。

為了從表面釋放電子，光子必須具有能量 $hf=\phi$ 。

考慮光子不僅要從表面釋放電子，還要賦予它一定的速度 $v$ 遠離表面的情況。

由於電子具有速度，因此它必須具有動能。因此，光子必須傳遞的總能量可以用以下方程來總結

光子能量 = 功函式 + 動能

或 $hf=\phi +E_{k(max)}$

材料的表面包含許多層電子。電子離表面層越遠，從材料中移除它所需的能量就越大。這可以被認為是功函式的增加。

回到我們的方程 $E_{k}=hf-\phi$ ，我們可以看到，增加 $\phi$ 會降低我們的動能。

因此，電子的最大動能 $K_{e(max)}$ 發生在電子位於表面的最頂層時。