赫茲發現光電效應
1887年,在壹系列顯示電磁波存在的實驗中,德國物理學家海因裏希?光電效應是由海因裏希·赫茲首先觀察到的。他無意間註意到,在兩個金屬球之間,如果其中壹個受到紫外線照射,兩個金屬球之間的火花會變亮。他對此怎麽看?壹個全新且非常令人費解的現象?經過幾個月的研究,我無法得出任何解釋,但我認為,當然是錯誤的,這種現象僅限於紫外線的使用。可惜赫茲沒等這壹現象得到解釋,在1894年36歲英年早逝。
後來,赫茲的前助手菲利普?在1902中,菲利普·勒納德進壹步揭開了光電效應的神秘面紗。當他將兩片金屬放入玻璃管中,排出空氣後,發現這種現象在真空中也會發生。倫納德發現,當每個金屬片上的電線連接到電池上時,如果金屬片受到紫外線照射,就會產生電流。這種光電效應可以用被照射的金屬表面釋放電子來解釋。當紫外光照射在金屬板上時,壹些電子獲得足夠的能量從金屬板上逃逸,並穿過空間到達另壹個金屬板上,從而完成壹次能量產生。光電流電路。然而,倫納德也發現了壹些與現有物理學相矛盾的現象。輪到愛因斯坦和他的光量子了。
愛因斯坦和他的光量子
光的強度決定了被踢出的電子數量。預計當增加光束強度使其更亮時,從金屬表面釋放的電子數量將保持不變,每個電子的能量將增強。但倫納德發現了相反的情況:更多的電子被釋放,但每個電子攜帶的能量並沒有增加。愛因斯坦對量子論的回答簡潔利落:如果光是由量子組成的,那麽加強光束的強度就意味著光束中有更多的量子。當更強的光束擊中金屬板時,光量子數量的增加導致釋放的電子數量相應增加。
釋放的電子的能量與光的頻率有關。倫納德的第二個奇特發現是,釋放的電子不受束流強度的限制,而是受束流頻率的限制。愛因斯坦對此有現成的答案。由於光的量子能量與光的頻率成正比,所以紅光(低頻)的量子能量低於藍光(高頻)。改變光的顏色(頻率)不會改變相同強度光束中的量子數量。所以不管光束是什麽顏色,同樣數量的量子打在金屬板上會釋放出同樣數量的電子。但是,由於不同頻率的光是由不同能量的量子組成的,因此釋放的電子的能量會更大或更小,這取決於所用的光。使用紫外光時,電子的最大動能大於紅色量子釋放的動能。
電子的功函數?功方程式中還有壹個令人困惑的現象。任何特定的金屬都有最低的或?臨界頻率?低於這個頻率,無論金屬受到多長時間或多強的輻射,都不會釋放電子。然而,壹旦越過這個臨界點,電子就會被釋放出來,不管光束有多弱。因為愛因斯坦引入了壹個新名字?工作函數?也就是功函數的概念,所以他的光量子理論再次給出了答案。
愛因斯坦把光電效應看成是壹種結果,即電子需要從光量子中獲得足夠的能量,以克服將其留在金屬表面的力,才能逃逸,光電效應就是這種結果。愛因斯坦稱之為。工作函數?,是電子從金屬表面逃逸所需的最小能量,因金屬不同而異。如果光的頻率太低,就沒有足夠的能量讓電子突破將其固定在金屬中的結合力。
愛因斯坦把這壹切匯編成壹個簡單的方程:金屬表面釋放的電子的最大動能等於它吸收的光量子的能量減去功函數。利用這個方程,愛因斯坦預言,如果把電子的最大動能和所用光的頻率之間的對應關系畫成壹個圖形,那麽這個圖形將是壹條直線,從金屬的臨界頻率開始。這條線的傾斜度,不管用什麽金屬,永遠和普朗克常數h正好相等,這是愛因斯坦對光電效應的解釋,但是理論需要實驗驗證,所以有些實驗物理學家專門驗證理論物理學家的驚人理論。
驗證了光電效應方程。
美國實驗物理學家羅伯特?密立根壹生花了10年來檢驗愛因斯坦的1905光電效應方程。事實證明,因斯是對的,絕對正確。關於愛因斯坦?他說的對嗎?這句話我現在已經聽過很多遍了。4月10日黑洞照片的發布再次證明愛因斯坦是對的。這位偉人在正確的道路上越走越遠。
總之,可以說現代物理學存在大量的問題。在壹些重要問題中,幾乎沒有壹個愛因斯坦沒有發揮過顯著的作用。1921年,愛因斯坦被授予已故的諾貝爾物理學獎,其中明確指出,給他的公式中描述的是光電效應定律,而不是他基於光的量子理論的解釋。畢竟他的光量子理論顛覆性太強,物理學家是不會接受的。但這直接引發了科學家們對光本質的爭論,量子力學的大門將逐漸打開。