【中華百科全書●工學●光電效應】

楊籍富

【中華百科全書●工學●光電效應】

 

在某些條件下，當光線照射到物體表面時，會將其中的電子釋放出來，此種現象稱為光電效應(PhotoelectricEffect)。

 

光電效應在西元一八八七年首先為赫茲(Hertz)所察覺。

 

他於研究兩金屬電極間的火花放電時，發現若有紫外線照射到金屬電極上，將比較容易引起放電。

 

根據現代金屬之理論，金屬乃由正離子之點陣(Lattice)，以及瀰漫其間的電子雲(ElectronCloud)所構成。

 

於金屬之表面因為有位能壁障(PotentialBarrier)的存在，故電子通常無法穿過表面而逃脫。

 

然而當有光線照射到金屬表面時，某些電子獲得了足夠的能量，便可穿越壁障而脫離表面，若被附近的正電極所吸取則形成電流。

 

附圖（圖1）為光電效應的實驗配置情形。

 

由實驗中觀察到，以某一材料所做的陰極，入射光線的波長必須比某一臨界值小，才能使電子放射出來，對應此波長的頻率稱為臨限頻率(ThresholdFrequency)。

 

大多數金屬的臨限頻率均在紫外線的範圍。

 

對於原子的最外殼層只有一個電子的元素，如Na，K，Cs及Rb等，入射光線具有可見光譜與接近紫外線的頻率時，會很容易使電子放射出來。

 

原子最外殼層有兩個電子的元素，如Ca，Sr及Ba等，也會因光線照射而放出電子，但效果較弱。

 

一般用來做為光電子發射面的材料，大多為K及Cs之氧化物，其臨限頻率在可見光譜中。

 

光電效應之現象於一九○二年為愛因斯坦(Einstein)所解釋。

 

他將光線視為一顆一顆的光子(Photon)。

 

光線頻率愈高，則光子能量愈大。

 

當光線照射至物質時，光子可能與其中的電子碰撞，而傳遞能量給電子使其跑出。

 

此種能量的傳遞為一種「全有或全無」的程序，也就是說電子完全接受光子的能量或完全不接受。

 

光子將能量傅遞給電子後便消失而不存在。

 

電子不接受臨限頻率以下的光子之能量，乃因此種能量並無法克服位能壁障的緣故，這時縱令光線的強度(Intensity)很大，也無法使電子放射出來。

 

光電管(Phototube)以及攝像管(Orthicon)均是利用光電效應所製作之產品。

 

前者可用於防盜裝置，後者則用於電視之錄影。

 

廣義的光電效應是指電磁輻射與物質交互作用，而使帶電粒子分離出來的現象。

 

如此則包含了光導電效應(Photo-conductiveEffect)、光伏特效應(PhotovoltaicEffect)、俄歇效應(AugerEffect)、康普頗效應(ComptonEffecy)，以及光核效應(PhotonuclearEffect)等。

 

(黃文儀)

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=10281