光电效应是指当一束光照射到金属或其他材料表面时,会产生电子的释放现象。但是为什么光电效应会被认为是量子效应呢?
爱因斯坦在1905年对光电效应进行了解释,他提出了光子假设,即光是由许多粒子组成的能量包,每个光子都有一定的能量。根据这个假设,光的能量完全转移到物质上后,再向物质提供能量是无法让光电子逸出金属上升壁垒的。因此,爱因斯坦得出结论:光电效应只能通过将光看作粒子来解释。
光子假说对光的能量和频率之间的关系进行了解释。根据光波理论,当同一种颜色的光照射在不同材料上时,光的波长和频率是不变的;而根据光子假说,光的能量正比于光的频率,与波长无关。这解释了材料对光的界面化学反应和大部分光谱现象中不同波长的光有不同的作用。
在光电效应中,光子能量只能转移给整个金属内的“集体电子质量”,而不能转移到单个电子上,因此光电效应仅仅在光的单位那一时刻起作用。
光电效应的一个显著特点是与光的频率有关。根据光视角来分析光与材料的反应过程,我们可以确定一个临界频率<em>(Young’s</em><em>频率</em>):大于此频率,金属才会发生光电子“逃逸”。当光照射到金属表面时,频率高于临界频率的光子将能够提供足够的能量,将电子从金属中释放出来。而低于临界频率的光子则无法满足电子逸出的能量要求,电子将无法逃逸。通过测量逸出光电子的最大速度可以确定光子的能量(由频率算出)。