量子之境 十日談 第五日
光電效應(續)
B. 「光子論」 可以很好地解釋「光電效應」
按『光子論』,光是由光子組成的,此時,光的能量是不連續的,能量為E = hv(其中E是能量,h是普朗克常數,希臘字母v是頻率)。譬如對於頻率為1015的光,其能量為6.6×10-19焦耳。
電磁波譜(圖中給出的數字為波長,頻率是它的倒數)
如前述,眼睛可以看見的光,波長大約在 400nm (紫色光)到700nm (紅色光)的範圍( 1nm 是10億分之 1 公 尺) 。光的頻率越高,光量子的能量就越大。光量子的能量只要達到足夠數值,就能從金屬表面打出電子來。紫光因為頻率較高,光量子的能量足夠大,所以能從金屬表面打出電子來;而紅光因為頻率低,光量子的能量不能克服原子核對電子的束縛,所以不能打出電子來。
圖:來自左上方的光子,衝擊到金屬板,
將電子逐出金屬板,並且向右上方飛去。
C. 進一步解釋「光電效應」
『幸運的電子』因得到紫光的無私饋贈
而使自己的 本領(能量)倍增
如您所知,原子是由一個帶正電的原子核和一個或多個帶負電的電子所組成,電子之所以不能飛出原子,是因為原子核與電子的電性相反——異性相吸。電子在獲得能量之前,它是呈「電子云」狀態圍繞在原子核周圍的,當呈「電子云」狀態的電子,由入射的紫光獲得能量時,它才能象一陣颶風或龍捲風那樣,倏然從金屬表面奮力飛出……。
讓我們重複一遍:
紅色的光因能量(頻率)低,是打不出「光電子」來的。
假若用一種擬人法來比喻:紅色的光,只能打疼電子,使電子渾身上下疼痛難挨,在這種倒霉的情況下,電子怎麼還有力氣來擺脫原子核的束縛呢?
電子云 :電子在原子微小空間(直徑約10-10m)內,作高速(接近光速)運動,核外電子的運動與宏觀物體運動不同:核外電子沒有確定的方向和軌跡,只能用電子云描述它在原子核外空間某處出現的機會(幾率)。電子云就是用點的疏密,來表示空間各電子出現概率的一種圖形。在光電效應中,電子從光線(一種電磁波)那兒,獲得能量,當能量大到超出原子核的牽引力時,電子就會脫離原子而離去。這裡的要點:
光電效應與光強無關,只跟頻率有關(從視覺上說,光強就是光的亮度,75度的燈,就比25度的燈,亮許多)。光是一種電磁波,光強用振幅表示,就是波峰的高度:強光波峰高,弱光波峰低。未完待續 謝謝。