光電效應 （Photoelectric Effect）

光電效應 （Photoelectric Effect）
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

從普郎克研究由加熱物體發光的黑體輻射現象，所得的一項重要結果是，由這些樣品所發射出的光能量是離散不連續的。這些離散的能量單位稱為量子，常以hv表示，其中h稱為普郎克常數，這即是普郎克的光量子假說。在普郎克提出這光量子假說不久後，愛因斯坦即用這假說來解釋一項可以清楚的顯示能量離散性質的實驗，即光電效應實驗。

光電效應是指金屬中的電子因吸收光能量而導致電子脫離金屬的現象。假設入射光是單頻光，在光電效應實驗中，所研究的是這些脫離金屬的電子，即所謂的光電子，所具有的最大能量與光頻率的關係。量測這些光電子最大能量的最簡單方法是，在照光金屬的上方放一加負偏壓的收集電極，調整這些負偏壓，當再收不到光電子時，由所加的負偏壓即可找出光電子的最大能量 E_m。

由實驗結果可發現，光電子的最大能量 E_m與光頻率v的關係是線性的，且其斜率為普郎克常數h。此線性關係為 E_m=hv－qψ， 其中q為電子電量大小，式中的ψ與實驗所用受激金屬的種類有關，不同種類的金屬所得不同。以q乘以ψ即可得一具有能量單位的物理量，此代表了電子逃脫金屬所必須具有的最小能量，此能量ψ稱為金屬的功函數。此結果顯示電子由光接受了hv的能量，但在逃離金屬的過程中需花費qψ的能量。

光電效應實驗清楚的顯示普郎克的光量子假說是正確的，即單頻光的光能量並非連續的，而是以離散的能量為單位存在。除了光電效應實驗外，其他的實驗也清楚的指出，光除了具有可以產生干涉現象的波動性外，由於其所具有的離散能量，光也可視為是由離散能量及具有特定位置的能量單位，稱為光子所組成。某些實驗結果顯示，光具有波動性，另一些實驗結果則證明光也具有粒子性。這種光的波粒二重性(wave-particle duality)為量子力學的基本特徵，這在量子理論中可被清楚的描述，而非模糊的理論。

參考資料：半導體元件