光電效應是物理學中一個重要而神奇的現(xiàn)象。特定頻率以上的電磁波（這個頻率稱為極限頻率閾值 頻率）在輻照下，一些物質(zhì)中的電子吸收能量后彈出形成電流，即光生電。

光電現(xiàn)象是德國物理學家赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)的，正確的解釋是愛因斯坦提出的。在科學家研究光電效應的過程中，物理學家對光子的量子性質(zhì)有了更深入的認識，這對波粒二象性的概念有很大的影響。

光電效應

當光照射金屬時，這種物質(zhì)的電特性會發(fā)生變化。這種光電致變色現(xiàn)象統(tǒng)稱為光電效應（photoeffect）光電效應分為光電子發(fā)射、光電導效應和勢壘光電效應，又稱光伏效應。前一種現(xiàn)象發(fā)生在物體表面，也稱為外光電效應。后兩種現(xiàn)象發(fā)生在物體內(nèi)部，稱為內(nèi)部光電效應。

根據(jù)粒子理論，光是由一個不連續(xù)的光子組成的，當一個光子照射到光敏物質(zhì)上時(如硒)On，它的能量可以完全被物質(zhì)中的一個電子吸收。電子吸收光子的能量后，動能立刻增加；如果動能增加到足以克服原子核的引力，它可以在十億分之一秒內(nèi)飛出金屬表面，成為光電子，形成光電流。單位時間內(nèi)，入射光子數(shù)越多，飛出的光電子越多，光電流越強這種光能自動釋放為電能的現(xiàn)象，叫做光電效應。

赫茲在1887年發(fā)現(xiàn)了光電效應，愛因斯坦是第一個成功解釋它的人（金屬表面在光的照射下發(fā)出的電子的效應稱為光電子）只有當光的波長小于某個臨界值時，才能發(fā)射電子，也就是極限波長，對應的光的頻率稱為極限頻率。臨界值取決于金屬材料，而發(fā)射電子的能量取決于光的波長，與光強無關，不能用光的漲落來解釋。和光的波動也有矛盾，就是光電效應的瞬時性根據(jù)漲落理論，如果入射光較弱，照射時間較長，金屬中的電子可以積累足夠的能量，飛出金屬表面。但事實是，只要光的頻率高于金屬的極限頻率，無論光的亮度強弱，電子的產(chǎn)生幾乎是瞬間的，不超過十減九秒。正確的解釋是，光必須是與波長相關的嚴格定義的能量單位(即光子或光量子)所組成。

光電效應

在光電效應中，電子的發(fā)射方向不是完全定向的。

光電效應表明光具有粒子性。相應的，光的波動最典型的例子就是光的干涉和衍射。

只要光的頻率超過一定的極限頻率，光電子就會立即從光照射的金屬表面逃逸，產(chǎn)生光電效應。當在金屬外面加上一個閉合電路，加上一個正向電源，這些逃逸的光電子全部到達陽極，形成所謂的光電流。當入射光不變時，通過增加光電池兩極的直流電壓，提高光電子的動能，光電流會增大。但光電流不會無限增加，受光電子數(shù)的限制，存在一個最大值，就是飽和電流。因此，根據(jù)光子假說，當入射光的強度增加時，入射光的強度（即單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的光能）取決于單位時間內(nèi)通過單位垂直面積的光子數(shù)，單位時間內(nèi)通過金屬表面的光子數(shù)也會增加，所以光子與電子在金屬內(nèi)的碰撞次數(shù)也會增加，所以單位時間內(nèi)從金屬表面逃逸的光電子數(shù)也會增加，電流也會增加。

通過大量實驗，得出光電效應有以下實驗規(guī)律：

1．每種金屬產(chǎn)生光電效應都有一個極限頻率（或稱截止頻率）也就是說，照射光的頻率不能低于某個臨界值。相應的波長稱為極限波長（或稱紅限波長）當入射光的頻率低于極限頻率時，無論光有多強，電子都無法逃逸。

2．光電效應中產(chǎn)生的光電子的速度與光的頻率有關，而與光的強度無關。

3．光電效應的瞬時性。人們發(fā)現(xiàn)，當金屬被照射時，光電流幾乎立即產(chǎn)生。響應時間不得超過10秒的負9秒（1ns）

光電效應

4.入射光的強度只影響光電流的強度，即只影響單位時間單位面積內(nèi)逃逸的光電子數(shù)。在光的顏色不變的情況下，入射光越強，飽和電流越大，即入射光越強，在一定時間內(nèi)發(fā)射的電子越多。

制造光電倍增管

當公式與觀察不一致時（即不發(fā)射電子或者電子的動能小于預期）這可能是因為該系統(tǒng)不是完全有效的，一些能量以熱量或輻射的形式損失了。

光控制電器

光伏控制器

由光電池制成的光控裝置可用于自動控制，如自動計數(shù)、自動報警、自動跟蹤等右上方的圖是光控繼電器的原理圖其工作原理如下：當光線照射到光電池上時，光電池的電路中產(chǎn)生一股電光電流，經(jīng)放大器放大后使電磁鐵M磁化，吸引銜鐵n，當光電池上沒有光線時，光電池的電路中沒有電流，電磁鐵M被自動控制，利用光電效應可以測量一些旋轉物體的轉速。

光電倍增管

利用光電效應還可以制造多種光電器件，如光電倍增管、電視攝像管、光電管、光電光度計等這是光電倍增管。這支管子能測量很弱的光。右圖是光電倍增管的一般結構，有一個陰極K和一個陽極A，還有幾個倍增電極

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等。（一般105 ~ 108次）所以這種管只要暴露在很弱的光線下就能產(chǎn)生很大的電流，在工程上使用、天文、軍事等方面都有重要作用。

農(nóng)業(yè)病蟲害防治

農(nóng)業(yè)害蟲的防治需要根據(jù)害蟲和環(huán)境的特點來提出、生態(tài)兼容技術體系及關鍵技術。有害昆蟲對敏感光源表現(xiàn)出個體差異和群體一致性的趨光行為特征，通過視覺神經(jīng)信號反應和生理光子能量需求表現(xiàn)出生物光電效應的本質(zhì)。利用昆蟲的這種趨性誘導增益，一些光電誘導殺蟲燈技術和害蟲誘導誘捕技術被廣泛應用于農(nóng)業(yè)害蟲的防治，具有良好的應用前景。

光電效應現(xiàn)象是赫茲在做火花放電實驗以證實麥克斯韋 這一現(xiàn)象成為突破麥克斯韋電磁理論的重要證據(jù)電磁理論。

愛因斯坦 他在研究光電效應時對光量子的解釋不僅擴展了普朗克的理論s量子理論，還證明了波粒二象性不僅僅是能量所具有的，光輻射本身也是量子化的同時為唯物辯證法的對立統(tǒng)一規(guī)律提供了自然科學的證據(jù)，具有不可估量的哲學意義。這一理論也為玻爾 原子理論和德布羅意 物質(zhì)波理論。密立根 的定量實驗研究不僅從實驗的角度證明了光量子理論，而且為玻爾 的原子理論。

1921年，愛因斯坦因建立光的量子理論并成功解釋光電效應而獲得諾貝爾物理學獎。

1922年，波爾 因為密立根證實了光量子理論，他的原子理論也得到了實驗的支持，從而獲得了諾貝爾物理學獎。

1923年，密立根“因為測量元素電荷和研究光電效應”獲得諾貝爾物理學獎。