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研究生光电论文

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研究生光电论文

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光电研究生论文怎样写

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光学专业毕业论文提纲模板

光学专业毕业论文提纲怎么写?下面我以《在胡克参考球观念下诞生的新理论》论文提纲为例,为大家介绍论文提纲的写作技巧。

论文题目: 在胡克参考球观念下诞生的新理论

在光学的发展历史上,曾经有几位学者做出过杰出贡献。其中,依萨克-牛顿(I. Newton1642--1727)[1] 认为,光是发光体发射的一种微粒,人们通常说的粒子性。 到公元二十世纪初,爱因斯坦等人[2] 认为,光是一份一份的,每一份被称为光量子。综合牛顿与爱因斯坦的研究思想,作者经过详细思考后认为,一份光量子为一个独立的能量体,它是由更细微的能量颗粒按照某种方式集合而成的一个能量体,是一个具有空间形态的几何体。作者为了不再引进更多的新名称而称它为基本能量单元体。这种能量单元体颗粒也有学者称它为亚光子[3]。波动性代表人物惠更斯()[4] 提出了光的球面波观点,作者不能理解的是:一个光粒子是怎样产生的一个球面波,一个子波的能量又是多少?恐怕科学巨匠和高手也不理解他的具体描述。

1 自然条件下的光辐射

一份光量子能量的大小,我们不可能将一份光量子的内部结构分拆开进行测量和计算至少在当前这个时代是这样。接下来我们只有间接地使它与粒子(实物体)发生相互作用后所产生的效应进行描述。

如示,设想,这些实物粒子在常温下处于稳定状态(只有温度处在绝对零度或附近时的实物粒子才可能处于基态),当它没有吸收外来能量时,也就不存在能量的外泻(辐射),这时它处于临时稳定状态。在中,从S 发出的光经透镜L 后照射一透明物质,光子-1从实物粒子之间的狭小空隙(真空区域)中穿刺而过,光子-2 被实物粒子所吸收;我们构想,这个理想化粒子具有吸收一切能量段光子的能力,将吸收的每份光子又完全彻底地辐射出去(在粒子中不作任何残留)。即是,认为实物粒子辐射出去的光子与它所吸入光子的能量完全相同。显然,粒子在这一过程中经历了两个阶段:它吸收一份光子便从初始的稳定状态跃升至高的能量状态,这过程即为能量的上涨阶段;而高能态的它是极不稳定的,?即开始泻能,从高能态辐射光子而回落到原有的初始状态。粒子所经历吸能和泻能这一过程的两个阶段,就认为是粒子完成了一次能量的上涨和回落,简称粒子能量的一次涨落。粒子能量的一次涨落总会经历一段时间过程(哪怕很短)。

在中我们假设粒子在发射光子-1 后又吸收相同能量的光子,然后再辐射出光子-2;这一过程所经历的时间称为粒子能量的一次涨落(称为一个周期),用符号T 表示。 在这个涨落周期内光子(在真空中)所运动的路程为CT, 即是:光子-1 和光子-2 之间的距离就称为一个涨落光程(为了直观,这里假定两份光子是在同一直线上),用符号λ0 表示。

为了与经典理论相对应,便将涨落光程另名为涨落长度,光的涨落长度对照成经典概念的光波[5] 波长λ0 。 由于不同能量光子与实物粒子发生相互作用的涨落周期各异,因而涨落长度λ也不相同。显然,光子能量与涨落长度成为一一对应。涨落周期T 的倒数称为涨落频率(将光的涨落频率对照理解成经典概念光波频率), 用符号у表示, у = 1?T 。为此,作者将新旧概念对照列表:

显然,不同颜色(或称为能量)的光,它涨落一次的时间不相同,涨落光程也不相同。即是,光的涨落长度不相同。光子能量与涨落长度成为单值对应。

2 新建概念和观点

胡克参考球

当一份光子从粒子中辐射出去以后,作者假想,光量子是沿实物粒子的自旋切线方向辐射出去的,所以它离开粒子时刻就具有一速度C 。在科学史上,胡克()[6] 认为:光是由快的振动所组成, 可于刹那之间,或者说以非常大的速度,传播过任何距离;在均匀媒质中每一个振动都将产生一个圆球,这个圆球将恒稳地向外扩大。 胡克认为,光的行为如同声音在空气中的传播。 而现代研究认为,光是一种粒子,光子的运动方向是任意地自由取向, 即是:光子的运动方向有可能是OA、OB、OE 和 OF … 等方向的任意一个。 一份光子不可能同时射向两个或两个以上的几个方向,由于光子运动方向的不确定性,所以,作者为此设计一个数学模型半径为R = Ct 的参考球,并坚信它(光子)肯定会出现在这个圆球球面上的某一点,这个光子参考球如所示。

作为一个向外辐射能量(光子)的实物粒子O ,它不可能同时辐射出两份或两份以上的多份光子,因此,一个参考球的球面上就只有一份光子出现。由于它是不受我们的具体操控,也就不能确定它的具体方向,所以,它的运动方向是自由取向。经考证,最先提出扩散圆球概念的是胡克,作者构想的这个数学模型虽然与胡克所描述的物理意义大不相同,但提议将这个光子参考球命名为光子胡克参考球,简称为胡克参考球或胡克球。

惠更斯包络面

惠更斯()提出的包络面概念及惠更斯原理:波所到达的每一点都可以看作是新的波源,从这些点发出的波叫做子波;而新的波面就是这些子波在同一时刻所到达位置的包迹。 惠更斯所称的子波,其实应该理解成胡克提出的扩散圆球 [6] 。

但惠更斯原理对客观?物的描述是不准确的,比如,在真空中运动的光子,是以发射源为参考点的。它不是按照惠更斯包络面形式向外部空间扩散, 而是以胡克参考球方式向外部空间扩散,如所示。只有当这份光子被空间某一实物粒子完全吸收以后,又被完全辐射出去并产生了一个胡克圆球,实物粒子就是这个胡克参考球的中心。显然,包络面是由很多个胡克参考球包络而形成的,于是我们得到:

跟包络面相互作用的每一个质点,都可以看着是新的'发射源或扰动中心,从这些点发出的胡克球叫做次圆球; 而新的包迹就是这些次圆球在同一时刻所到达位置的重叠。

3 综述与讨论

早期的胡克和惠更斯理论说的都是一个一个脉冲,而不是具有一定波长的波列。后来,数学家欧勒(L. Euler,1707-1783)[5]认为, 光谱里每一种颜色必与某一定光波波长相对应。这就是最早提出波动光学的基本模式。不难看出,光波一词,是人为的一种假设。

虽然后来有实验支持,但本文作者应用胡克参考球模型和惠更斯包络面概念相结合,同样对光的干涉、衍射、折射、反射、偏振及全息[7-11]等实验结果作出了更合理的解释。

包络面的物理意义:作者对惠更斯包络面的分析,设有包络面从点O 以速度C 向四周扩散,已知t 时刻的包络面是半径为R1 的球面S1。 用惠更斯原理杨发成理论来求(t + T )时刻的包络面。S1 面上的各点都可以看作新的扰动源,它们在T 时间内发出半径为Ct 的胡克球,这些胡克参考球的包迹, 便成为新的包络面S2 和S3 ,并且S2 和S3的扩展方向相反(由于光子能量作用在粒子上的涨落时间非常小,在此处讨论可以忽略它)。

4 结论

在真空中,一份光粒子出现在以源点为中心、半径为光速与时间乘积的球面上,这个数学模型称为胡克参考球; 两个或两个以上的多个胡克参考球球面在同一时刻所到达位置的包迹,称著包络面。

参考文献

[1] I . Newton , Phil . Trans . No .80 (Feb .1672) , 3075 .

[2] A . Einstein , Ann .d . Physik . (4) .17 (1905) , 132 ;20 (1906) , 199 .

[3] Chong An Zhang, Wide Existence of Wave with the Non- Medium Transmission in the Nature, MatterRegularity 12 (3) 207-214 (2003).

[4] Chr . Huygens , Traite de La Lumiere , Brighton Press, 1690 .

[5] L. Euler, Opuscula varii argumenti, Berlin (1746), 169 .

[6] R . Hooke , Micrographia . (1665) , 47 .

[7] D. Gabor, Nature, 161(1948),777; Proc. Roy. Soc., A, 197(1949),454; Proc. Roy. Soc., B, 64(1951),449.

[8] D. Gabor, Rev. Mod. Phys., 28(1956), 260.

论文格式1、论文题目:要求准确、简练、醒目、新颖。2、目录:目录是论文中主要段落的简表。(短篇论文不必列目录)3、提要:是文章主要内容的摘录,要求短、精、完整。字数少可几十字,多不超过三百字为宜。4、关键词或主题词:关键词是从论文的题名、提要和正文中选取出来的,是对表述论文的中心内容有实质意义的词汇。关键词是用作机系统标引论文内容特征的词语,便于信息系统汇集,以供读者检索。每篇论文一般选取3-8个词汇作为关键词,另起一行,排在“提要”的左下方。主题词是经过规范化的词,在确定主题词时,要对论文进行主题,依照标引和组配规则转换成主题词表中的规范词语。5、论文正文:(1)引言:引言又称前言、序言和导言,用在论文的开头。引言一般要概括地写出作者意图,说明选题的目的和意义, 并指出论文写作的范围。引言要短小精悍、紧扣主题。〈2)论文正文:正文是论文的主体,正文应包括论点、论据、论证过程和结论。主体部分包括以下内容:a.提出-论点;b.分析问题-论据和论证;c.解决问题-论证与步骤;d.结论。6、一篇论文的参考文献是将论文在和写作中可参考或引证的主要文献资料,列于论文的末尾。参考文献应另起一页,标注方式按《GB7714-87文后参考文献著录规则》进行。中文:标题--作者--出版物信息(版地、版者、版期):作者--标题--出版物信息所列参考文献的要求是:(1)所列参考文献应是正式出版物,以便读者考证。(2)所列举的参考文献要标明序号、著作或文章的标题、作者、出版物信息。

研究生论文的基本要求与书写格式

学位论文必须是一篇(或一组相关论文组成的一篇)系统完整的、有创造性的学术论文。以下是我为大家整理的研究生论文的基本要求与书写格式的详细内容,希望能帮到各位读者,更多内容请浏览()。

一、学位论文的基本要求

硕士学位论文,要求对所研究的课题有新见解或新成果,并对本学科发展或经济建设、社会进步有一定意义,表明作者掌握坚实的基础理论和系统的学科知识,具有从事学术研究或担负专门技术工作的能力。学位论文应由硕士研究生本人独立完成。

学位论文应当用规范汉字进行撰写,除古汉语研究中涉及的古文字和参考文献中引用的外文文献之外,均采用简体中文撰写。

学位论文必须是一篇(或一组相关论文组成的一篇)系统完整的、有创造性的学术论文。

不符合上述要求的,一律不接受其学位论文答辩申请。

二、学位论文的一般格式

学位论文一般应依次包括下述几部分:

1. 封面(参见附件1)。

2. 版权声明。

3. 题目:应准确概括整个论文的核心内容,简明扼要,让人一目了然。一般不宜超过20个字。

4. 中文摘要:内容摘要要求在3000字以内,应简要说明本论文的目的、内容、方法、成果和结论。要突出论文的创新之处。语言力求精炼、准确。在本页的最下方另起一行,注明本文的关键词(3-5个)。

5. 英文摘要:英文摘要上方应有题目,内容与中文摘要相同。在英文题目下面第一行写研究生姓名,专业名称用括弧括起置于姓名之后,研究生姓名下面一行写导师姓名。最下方一行为英文关键词。参见附件2。

6. 目录:既是论文的提纲,也是论文组成部分的小标题。

7. 序言(或序论、导论):内容应包括本课题对学术发展、经济建设、社会进步的理论意义和现实意义,国内外相关研究成果述评,本论文所要解决的问题,论文运用的主要理论和方法、基本思路和论文结构等。

8. 正文:是学位论文的主体。根据学科专业特点和选题情况,可以有不同的写作方式。但必须言之成理,论据可靠,严格遵循本学科国际通行的学术规范。

9.注释:可采用脚注或尾注的方式,按照本学科国内外通行的范式,逐一注明本文引用或参考、借用的资料数据出处及他人的研究成果和观点,严禁抄袭剽窃。

10. 结论:论文结论要明确、精炼、完整、准确,突出自己的创造性成果或新见解。应严格区分本人研究成果与他人科研成果的界限。

11. 参考文献:按不同学科论文的引用规范,列于文末(通篇正文之后)。外文用原文,不必译成中文(参见附件3)。

文献是期刊时,一般书写格式为:作者、篇名、期刊名、年月、卷号、期数、页码。

文献是图书时,一般书写格式为:作者、书名、出版单位、年月、版次、页码。

12. 附录:包括正文内不便列入的公式推导,便于读者加深理解的辅助性数据和图表,论文使用的符号意义,缩略语,程序全文和有关说明,其它对正文的必要补充等。

13. 作者的.致谢、后记或说明等一律列于论文末尾。

14. 学位论文原创性声明和授权使用说明(导师和作者本人均需签名)。

15. 封底。

三、学位论文的打印和装订要求

1. 学位论文要用规范的汉字打印。封面统一用我校印制的“硕士研究生学位论文”的封面。封面上各栏目必须认真、正确填写。

论文一律打印。打印论文装订后的尺寸为285mm×205mm(版心尺寸为240mm×150mm)。

2. 论文要求字迹和标点符号清楚、工整、正确。凡层次不清,错别字较多,语句欠通顺者,应予认真返回修改。

3. 论文中图表、附注、参考文献、公式一律采用阿拉伯数字连续(或分章)编号。图序及图名置于图的下方;表序及表名置于表的上方;论文中的公式编号,用括弧括起写在右边行末,其间不加虚线。

4. 学位论文一律在左侧装订。要求装订、剪切整齐,便于使用。

四、学位论文应打印和报送的册数

1. 硕士学位论文应按导师、学术评阅人、答辩委员会成员每人1本,校图书馆2本,院(系、所、中心)留存册数,及其他有关人员的要求,确定打印或复印的册数,一般应有10-15本。

2. 所有获得硕士学位的研究生,应按图书馆的要求提交答辩通过后的正式论文,并且印刷版与电子版在内容与形式上应完全一致。电子文本的文件格式为DOC或PDF文件,完整的电子文本包括封面、版权声明、中英文文摘、目录、正文、参考文献、附录、致谢或后记、学位论文原创性声明和授权使用声明(具体要求请参见北京大学图书馆主页——北京大学学位论文远程提交)。

3.经研究生院确定为保密的学位论文,提交一本标有密级字样的印刷本论文,同时出具一份盖有北京大学保密委员会印章的《确定密级和保密期限的通知》。无须提交电子文本。具体参见《北京大学图书馆涉密学位论文的管理办法》。

毕业研究生论文光伏发电

目前基于光伏发电内容的教学存在知识偏难、理论过多等现状。下面是我整理了光伏发电技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!

太阳能光伏发电技术应用

摘要:太阳能光伏发电固然有其独特的优势所在,但是在经济利益复杂和多重能源并存的局面下,我国的太阳能光伏产业机遇和挑战是共存的。本文主要介绍了太阳能光伏发电技术的应用进行了分析探讨。

关键词:太阳能;光伏发电技术;应用

中图分类号:TK511文献标识码: A

一、太阳能光伏发电的优缺点

1、太阳能光伏发电的优点

与火力发电系统相比,太阳能光伏发电的优点主要是:从环境效益上说,太阳能光伏发电污染排放少,不会有资源枯竭的危险,使用者心理上更容易接受,符合现代人绿色环保的能源理念。从经济效益上说,太阳能光伏发电能源质量,不需要消耗燃料、不受地域限制,设施一旦投放,即可就地发电,经济效益显著。从技术角度而言,太阳能光伏发电技术已经日趋成熟,无机械传动部件,操作、维护简单,运行稳定可靠,一套光伏发电系统只要有太阳能电池组件就能发电,加之自动控制技术的广泛采用,维护成本低。

2、太阳能光伏发电的缺点

从环境效益上来说,光伏生产最重要的一个环节就是多晶硅的生产。多晶硅行业是个重污染的行业,国内尾气回收工艺不尽完善,晶硅副产品是四化硅是高毒物质,倾倒或掩埋四氯化硅将造成寸草不生土地几百年都无法使用等巨大的环境风险。

从经济效益上来说,虽然太阳能光伏一点投入使用后便会产生巨大的经济效益,但是在前期投入上,投入成本仍然是巨大的。他能量密度低、需要占用大量的土地资源,且受气候因素和地理位置的影响较大。再者,太阳能电池组件成本高昂,目前仍然达不到将其进行民用普及的水平。

从技术角度来说,目前太阳能光伏技术已经日趋成熟,但是目前太阳能电池生产成本迟迟不能降下来也可以说是一个技术难度。为了降低成本,现在普遍采用多晶硅代替电池中的单晶硅。多晶硅材料制备的新技术、快速掺杂表面处理技术、提高硅片质量等是当前的主要技术问题。

二、太阳能光伏发电产业存在的一些问题

1、太阳能光伏发电并网问题

未来太阳能能源肯定是重要的能源供应来源,当光伏发电在电网电源中的比例达到一定规模时,必须考虑其对电网电压频率控制的影响,必须对光伏电站进行科学合理的调度运行控制。光伏发电的大规模接入增加了电网的安全稳定控制难度,如何利用光伏发电并网智能化技术提高电网安全稳定水平是突破的重点之一。

2、光伏产业盲目扩张,产业和市场不对等,不利于行业健康发展

过去几年内,我国光伏产业界抓住欧美国家光伏市场的快速增长的机遇,利用国内人力和资源成本较低的比较优势,实现了迅速起步与发展壮大。但受全球光伏产业的产能迅速扩张以及金融危机影响,未来世界光伏市场将呈现供过于求的趋势,使光伏产业面临大规模洗牌。最近我国光伏企业已普遍停止扩产、削减产量。在这个洗牌过程中,利润率最高的环节也将逐渐转向下游的光伏发电运营业,使得出售光伏电力比出售光伏组件和系统具有更长远稳定的回报,这也是传统光伏产业界(光伏设备制造业)日益重视、极力呼吁启动国内光伏市场的根本原因。光伏产业没有形成一个权威机构管制,缺少长远发展规划实践,相关技术人才匮乏,研究力量薄弱,高端实验设施落后。

三、太阳能光伏发电技术的具体应用

1、独立光伏发电系统的建立

独立光伏发电系统由于不与公共电网相连接,因此其建设地点一般选在与电网隔离的偏远地区,比如海岛、移动通讯站及边防哨所等。储能元件是独立光伏发电系统中不可缺少的,这是由于太阳能发电一般选择在白天,然而负荷用电是全天24h实施,这就需要在光伏系统中设置必要的储能元件。在气象环境影响下,其供电可靠性很难得到保障,然而对于偏远无电地区而言这一系统的建立已然产生十分重要的社会价值。

2、光伏建筑一体化应用

关于光伏建筑的一体化应用主要表现为两个方面:通过在建筑物屋顶安装光伏器件的方式实现电网与光伏阵列的并联,进而构成光伏建筑一体化系统;通过建筑和光伏器件集成化的方式于屋顶位置设置光伏电池板,利用光伏玻璃幕墙替代原有幕墙,提高墙面积屋顶的太阳能吸收量,这就同时实现了建材功能与发电功能,是对光伏发电成本的有效控制。与此同时,在墙体外饰材料研究方面也出现了全新的彩色光伏模块,这在充分利用太阳能光伏发电原理的同时也使得建筑物外观更具美学欣赏价值。

3、混合型光伏发电系统的构建

所谓的混合型光伏发电系统是将多种发电方式相互融合并应用于光伏发电系统的过程,混合型光伏发电系统的构建旨在发挥不同发电模式的技术优势,扬长避短,从而更加有效地提高电能的利用率。例如光伏发电经常会受到天气状况的影响,在冬季风力较大地区,就可通过光伏发电和风力发电的混合模式,尽可能减少天气变化对发电系统的影响,进而达到控制负载发电率的目的。

4、光伏发电在LED照明中的应用

作为半导体材料制作而成的组件,LED与光伏发电的结合可实现电能至光能的转化。这一半导体照明技术不仅有着环保、节能、高效的技术优势,并且照明周期较长,且易于维护。光伏发电在LED照明系统中的应用突出了光生伏特效应的技术原理,通过太阳能电池实现对太阳能至电能的转化,再借助LED照明系统将其转化为最终的光能。由于LED照明和光伏发电技术同是直流电,因此转化过程并不需要借助变频器,这明显提高了整个过程的执行效率。除此之外,在可充放蓄电池的辅助下,光伏发电在LED照明中的技术优势必将更加突出。

四、太阳能光伏发电产业未来发展方向

1、未来太阳能光伏发电产业一定会成本,使之普及开来

太阳作为一种高效环保的绿色能在未来一定会得到光伏的应用。通过加大资金投入和政策扶持力度和企业的创新研发力度,一定能够降低光伏发电系统成本。现阶段光伏技术最关键的问题,就是要提高电池效率和降低成本。通过采用更先进的电子器件及高效模块降低特定系统平衡成本;通过高效的生产方案、通用型材料的增用以及新蓄电池的观念等手段降低电池成本;通过引进先进封装技术及提高电池工作效率来降低特定模块的生产成本。最后,通过降低电池成本一定会降低太阳能光伏发电的整体成本。

2、未来民用太阳能光伏发电将大行其道

当太阳能光伏生产的整体成本降低之后,未来的民用太阳能产业一定会大行其道,将在通信和工业应用、农村和偏远地区得到广泛应用。太阳能光伏建筑一体化亦是未来的一个发展趋势,对于城市而言可以有效节约土地资源,提升高层建筑利用率。西部地区太阳能资源丰富地区农村光伏发电站的建设可以与风能发电系统互补满足农村基本用电要求。另外太阳能庭院灯,太阳能路灯等都将为家庭和市政建设节约能源。

太阳能光伏发电是一种清洁能源,零排放、无污染,且其技术日趋成熟、成本不断下降,已经适合规模应用,今后,太阳能光伏发电必将在公共建筑或民用建筑中广泛应用,光伏发电也将成为我国的一种常规能源。

结束语

综上所述,在现有技术的基础上,生产企业必须深入的加快研发节奏,降低生产成本,提高产品质量。政府方面更加需要推进绿色能源普及使用的进程,制定强有力的产业政策和法规条文,保障光伏产业的发展。伴随着人民环保意识的增强,我们相信在市场改革和政府政策的联动作用下,我国的光伏发产业必定能稳步健康发展。

参考文献

[1]柴亚盼.光伏发电系统发电效率研究[D].北京交通大学,2014.

[2]熊静.光伏并网发电系统的研究[D].南京理工大学,2014.

[3]胡云岩,张瑞英,王军.中国太阳能光伏发电的发展现状及前景[J].河北科技大学学报,2014,01:69-72.

[4]许志军.太阳能光伏发电技术在交通运输业的应用[J].青海交通科技,2014,01:10-11.

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总体设计思路:拟屋顶建设低压配电用户侧并网光伏发电项目所发电量接入内供电网络光伏发电自发自用实现光伏新能源电力示范应用保障光伏装机容量及发电量光伏电池板采用固定倾角支架式安装朝向南太阳能电池组件阵列尽量避免建筑物阵列间遮挡并预留维护通道根据客户初步提供用电32度根据佳角度进行太阳能电池组件铺设计算初步铺设太阳能电池组件205W(1580x808x50mm)16块总装机容量初步设计需要安装面积平米设计光伏组件安装倾角面设计32度安装式,32度倾角实现单位装机容量全发电量尽量利用屋顶效使用面积获较屋顶发电效率预计发电量:北京市光伏发电示范项目预计平均发电量按32度倾角设计电网接入案:屋面光伏组件经定数量串联升压通直流防雷汇流装置别接至1台并网逆变器并网逆变器光伏所发直流电逆变与区域内电网同频率同相位交流电经交流配电柜(含防 雷保护、发电量计量等)接入配电间光伏发电路(原配电柜增加光伏路)两相220V低压配电网通交流配电线路给负荷供电实现光伏发电并入商场内部电网北京市光伏发电示范项目工程设计概算包括光伏组件、光伏支架(含基础钢架)、逆变设备、直流配电、交流配电、电缆、工程施工等二、光伏发电原理简介及特点()太阳能利用概况太阳能各种再能源重要基本能源物质能、风能、海洋能、水能等都自太阳能广义说太阳能包含各种再能源太阳能作再能源种则指太阳能直接转化利用通转换装置太阳辐射能转换热能利用属于太阳能热利用技术再利用热能进行发电称太阳能热发电属于技术领域;通转换装置太阳辐射能转换电能利用属于太阳能光发电技术原理图:(二)光伏发电原理太阳能光发电技术通转换装置太阳辐射能转换电能利用技术光电转换装置通利用半导体器件光伏效应原理进行光电转换称太阳能光伏技术光伏特效应简称光伏效应指光照使均匀半导体或半导体与金属组合同部位间产电位差现象(三)光伏系统发电特点- 没转部件产噪音;- 没空气污染、排放废水;- 没燃烧程需要燃料;- 维修保养简单维护费用低;- 运行靠性、稳定性;- 根据需要容易扩发电规模

是有一些,因为从09~11年开始,MPPT技术便已经在逆变器中开始使用了。你还花时间去研究一个已经成熟的技术,可能是有些不太合适。建议你找些其他课题吧。

一、项目概括项目简介及选址本项目电站选址地位于湖南省湘潭市雨湖区的响塘学校屋顶上,经过去现场实地的了解和勘测后,此学习周围无森林无高大树木,附近也无任何其他房屋,距离其最近的房屋也有数十米的距离,该屋顶无女儿墙无其他建造物,是一个平面的屋顶,其屋长为43米,宽为32米。本项目将在此学校屋顶上建造一个100kw的并网型光伏电站,实施全额上网措施。选址卫星图如图1-1所示,选址平面图如图1-2所示。 图1-1 选址地卫星图 图1-2 选址平面图 项目位置及气象情况经过百度地图的计算,得出了此地经纬度为:北纬,东经为,是属于亚热带温湿气候区,典型的冬冷夏热气温,年降雨量充足达1450毫米,最高气温为夏季的度,最低气温为冬季的度,年均气温17度。该项目所在地最高海拔为793米,最低海拔达米,总的平均海拔为米。该地年总辐射量经过PVsyst软件的计算后,得出了的值,不是特别高,属于第三类资源区,但建设一个电站也不是特别亏。湘潭市地理位置图如图1-3所示。 图1-3湘潭市地理位置 图1-4年均总辐射值项目设计依据本项目设计依据如下:《光伏发电站设计规范》GB50794-2012《电力工程电缆设计规范》GB50217-1994《光伏系统并网技术要求》GB/T19939-2005《建筑太阳能光伏系统设计与安装》10J908-5《光伏发电站接入电力系统技术规范》GB/T19964-2012《光伏发电站接入电力系统设计规范》GB/T5086-2013《光伏(PV)系统电网接口特性》GB/T20046-2006《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-19933《电能质量三相电压允许不平衡度》GB/T15543-1995《晶体硅光伏方阵I-V特性的现场测量》GB/T18210-2000二、电站系统设计组件选型组件是电站中造价最高的设备,投资一个电站几乎一半的钱是砸这组件上去了,为此我们选择的组件一定要是最适合本电站的,不管是组件效率还是组件的其他参数在同功率组件下都应该保持最佳,这样才不会亏本。组件的类型有很多,以不同的材料来说,组件又分为了晶硅组件、薄膜组件,在电站中使用最多的便是晶硅型组件,而晶硅型组件又分为单晶硅和多晶硅,它们都是市场上十分热门的组价。单晶硅的效率比多晶硅高了很多,其使用寿命时间也长了不少,但价格方面却比多晶硅高了很多,但考虑到平价上网的时代,单晶硅的价格远远不如过去那样昂贵,所以本电站选取的组件为单晶型组件。表2-1伏组件对比表组件品牌及型号 晶科Swan Bifacial 400 72H 晶科Swan Bifacial 405 72H 晶澳JAM72S10 400MR最大功率(Pmax) 400Wp 405Wp 400Wp最佳工作电压(Vmp) 41V 组件转换效率(%) 最佳工作电流(Imp) 开路电压(Voc) 49V 短路电流(Isc) 工作温度范围(℃) -40℃~+85℃ -40℃~+85℃ -40℃~+85℃最大系统电压 1000/1500V DC(IEC/UL) 1000/1500VDC(IEC/UL) 1000/1500VDC (IEC)最大额定熔丝电流 20A 20A 20A输出功率公差 0~+5W 0~+5W 0~+3%最大功率(Pmax)的温度系数 ℃ ℃ ℃开路电压(Voc)的温度系数 ℃ ℃ ℃短路电流(Isc)的温度系数 ℃ ℃ ℃名义电池工作温度(NOCT) 45±2℃ 45±2℃ 45±2℃组件尺寸:长*宽*厚(mm) 2031*1008*30mm 2031*1008*30mm 2015*996*40mm电池片数 72 72 72第一款组件晶科Swan Bifacial 400 72H和第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H的型号牌子都一样,除功率和其效率有点差距之外,其他的参数基本一样,但其第二款组件晶科Swan Bifacial 405 72H组件的效率高,相同尺寸不同效率下,选择第二款组件更好。第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款组件里效率最高的组件,比第一款和第二款分别高了和,并且尺寸和部分温度系数也是3款里面最小的,开路电压和工作电压以及短路电流等参数也是3款组件中最高的,从数据上来看,第三款组件晶澳JAM72S10 400MR是3款里最棒的组件。综合上面的分析,本项目最终选择第3款组件晶澳JAM72S10 400MR作为本项目的组件使用型号。组件图如图2-1所示。 图2-1 组件图最佳倾斜角和方位角设计本电站建造在平面屋顶上,该屋顶无任何的倾角,由于组件是依靠着太阳光发电,但每时每刻太阳都是在运动着,为此便会与组件形成一个角度,该角度影响着组件的发电量,对于采取固定支架安装方式的电站来说,选择一个最合适的角度能够让电站发电量达到最高,因此最佳倾角这个概念便被引出了。对于本电站而言,根据其PVsyst软件的计算后,得出了湘潭最佳倾角为18度时,方位为0度时,电站一年下来的发电量能够达到最高。PVsyst最佳方位角、倾斜角模拟图如图2-2所示。图2-2 PVsyst最佳方位角、倾斜角模拟图组件排布方式本项目选址地屋顶长43米,宽为29米,采取横向排布方式无法摆下其电站中的整个阵列,因此本项目组件方式采取竖向排布,中间间距20mm。如图2-3所示。 图2-3 组件排列方式组件间距设计 太阳照射到一个物体上时,由于该物体遮住了光,使得光不能直射到地上时,该物体便会产生一个阴影投射到地上,而电站中的组件也类似于此,前一个组件因光产生的阴影投射到另一个组件上时,被照射的组件便会受到影响,进而影响整个电站,这对于电站来说是一个严重的问题,因此在设计其组件之间的间距时,一定要保证阴影的距离不会触及组件。 图2-4间距图在公式2-1中:L是阵列倾斜面长度(4050mm)D是阵列之间间距β是阵列倾斜角(18°)为当地纬度(°)把以上数值代入公式后计算得:2-5组件计算图根据结果,当电站中的子方阵间距大于2119mm时,子方阵与子方阵便不会受到影响。 图2-6方阵间距图逆变器选型逆变器是电站中其转换电流的设备,十分的重要,而逆变器的种类比较多,对于本项目电站来说,选择组串式逆变器最佳,因此本项目选择了3款市场上热卖的组串式逆变器。表2-2 逆变器参数对比表逆变器品牌及型号 华为SUN2000-100KTL-C1 华为SUN2000-110KTL-C1 固德威HT 100K最大输入功率 100Kw 110Kw 150Kw中国效率 最大直流输入电压(V) 1100V 1100V 1100V各MPPT最大输入电流(A) 26A 26A 电压范围(V) 200 V ~ 1000 V 200 V ~ 1000 V 200V ~ 1000V额定输入电压(V) 600V 600V 600VMPPT数量/输入路数 10/20 10/20 10/2额定输出功率(KW) 100K W 110K W 100K W最大视在功率 110000 VA 121000 VA 110000 VA最大有功功率 (cosφ=1) 110KW 121K W 110KW额定输出电压 3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE3 × 220 V/380 V, 3 × 230 V/400 V, 3W+N+PE380, 3L/N/PE 或 3L/PE输出电压频率 50 Hz,60Hz 50 Hz,60Hz 50 Hz最大输出电流(A) A 167A功率因数 超前— 滞后 超前—滞后 (超前—滞后)最大总谐波失真 <3% <3% <3%输入直流开关 支持 支持 支持防孤岛保护 支持 支持 支持输出过流保护 支持 支持 支持输入反接保护 支持 支持 支持组串故障检测 支持 支持 支持直流浪涌保护 Type II Class II 具备交流浪涌保护 Type II Class II 具备绝缘阻抗检测 支持 支持 支持残余电流监测 支持 支持 支持尺寸(宽 x 高 x 厚) 1,035 x 700 x 365 mm 1,035 x 700 x 365 mm 1005*676*340重量(kg) 85kg 85kg 工作温度(°C) -25°C~60°C -25°C~60°C -25~60℃3款逆变器的功率均在100kw以上,其效率也都是一模一样,均只有,其额定输出电压也都为600V,对于本电站来说,这3款逆变器都能使用,但可惜本电站只会从中选择一个最合适的品牌。第一款逆变器华为SUN2000-100KTL-C1和第二款逆变器华为SUN2000-110KTL-C1是同种类同型号,但不同功率的逆变器,这两款逆变器大部分数据都一模一样,但第二款逆变器功率比第一款逆变器功率高了10k,比本电站的容量也高了10k,并且价格了略微高了那么点,选用第一款逆变器不仅省钱而且还不会造成功率闲置无处使用,最大发挥逆变器的作用,因此第1款比第2款逆变器好。第三款逆变器是固德威HT 100K,它的最大输入功率高达150kw,明明是一个100kw的逆变器,但其输入功率却不同我们往常见的逆变器一样,它居然还高了50k,如果选用这款逆变器,那么阵列输入的功率超过100都能承受。虽然最大输入功率很恐怖,但其他参数正常,对比第一款逆变器,仅只是部分参数略微差了点,总体是几乎没什么太大的差别。本项目根据上述的分析和对其逆变器的需求,最终选择了固德威HT 100K型逆变器为本电站逆变器。光伏阵列布置设计串并联设计图2-7串并联计算公式2-3、2-4中:Kv——光伏组件的开路电压温度系数——光伏组件的工作电压系数——光伏组件工作环境极限高温(℃)60Vpm——光伏组件的工作电压(V)——逆变器MPPT电压最大值(V)1000VMPPTmin——逆变器MPPT电压最小值(V)200Voc——光伏组件开路电压(V)——光伏组件串联数(取整)t——光伏组件工作环境极端低温(℃)——逆变器允许的最大直流输入电压(V)1100把以上数值代入公式中计算可得:≤N≤21 经计算,本电站最终选取20块组件为一阵列。如图2-6组件串并联设计图。 图2-8组件串并联设计图项目方阵排布据的结果,每一个阵列共有20块组件,单块组件的功率是400w,一个阵列便是8kw,而本电站的总容量为100kw,总计是需要13个阵列。本电站建设地屋顶长43米,宽为32米,可以完整的摆放电站中的所有子方阵。如图2-9所示。 图2-9项目方阵排布图 基础与支架设计水泥墩设计本电站所建地点是公办学校,属于公共建筑,如果使用其打孔安装方式,便有可能使得其屋顶因时间长久而漏水,一旦漏水便需要进行维修,这也是得花费一些金钱,又因是学校,开工去维修可能将使部分学生要做停课处理,因此为了避免这个麻烦,本电站还是选择最常见的水泥墩来做基础设计。考虑到学校有许多的学生,突然出现了事故,作为电站建设者肯定会有责任,因此为了避免组件出现任何事故,特地将水泥墩设计为一个正方形,其长宽高都为500mm,这样的重量大大降低了事故的发生率。如图2-10水泥墩设计图和2-11电站整体水泥墩设计所示。 图2-10水泥墩设计图2-11电站整体水泥墩设计图支架设计都已经把基础设计水泥墩做好了,那么接下来则是考虑水泥墩上的支撑设备支架,对于支架的设计最重要的一点就是在选材上,一般电站中的支架会持续使用到电站报废为止,使用时间长达二十多年三十多年甚至更久,对此支架的选型便是十分的重要,其使用寿命必须得长,抗腐蚀能力强。如图2-12支架设计图所示。 图2-12支架设计图配电箱选型配电箱在光伏电站里又分为直流配电箱和交流配电箱,对于本电站来说,是选择其交流配电箱。配电箱的容量是根据其逆变器的容量选择,必定不能小于其逆变器的容量,否则可能会出现配电箱过压的情况,然后给电站造成事故危险。配电箱具备配电、汇电、护电等多种功能,是本电站必须要又的设备,经过配电箱型号的对比,本电站最终选择了昌松100kw光伏交流逆变器。表2-3配电箱参数项目名称 昌松100kw光伏交流配电箱项目型号 100kw交流配电箱额定功率 100KW额定电流 780A额定频率 50Hz海拔高度 2500m环境温度 -25~55℃环境湿度 2%~95%,无凝霜电缆选配电站分为两类电,一类是直流电,必须使用直流电缆运输;一类是交流电,必须使用交流电缆运输,切记不可以乱搭配使用,否则将会造成电缆出线问题,电站设备出现问题。直流电缆选型一般都是选择PV1-F-1*4mm²光伏专用直流电缆交流电缆:P:逆变器功率100KWU:交流电电压380VCOSΦ:功率因数Ω=976W线损率:976/100000=<2%,符合光伏电缆设计要求。据其计算结果和下图电缆参数表,本电站最终选择ZRC-YJV22 7Omm2交流电缆。如图2-13电缆参数图所示。 图2-13 电缆参数图防雷接地设计防雷接地是绝大多数光伏电站都必须要做的,目的就是防止雷击破幻电站,损坏人民的生命以及财产,特别是对于本电站而言,建设点是在学校,而学校不仅人多而且易燃物也多,一旦雷击劈到电站上,给电站造成了任何事故,都有可能把整个学校给毁了,为此本电站一定需要做好防雷接地设计。本电站防雷方式采取常用的避雷针进行避雷,接地则是为电站中各个设备接地端做好接地连接。 图2-14防雷接地设计图电气系统设计及图纸本电站装机总容量为100kw,由260块光伏组件组成,形成了13个阵列,每个阵列20块组件,然后连接至逆变器,逆变器变电后接入配电箱,最后再连接国家电网。 图2-15电气系统设计图三、电站成本与收益电站项目设备清单根据当地市场的物价,预估出了一个本电站预计投资表。表3-1设备清单表序号 设备 型号 单位 数量 单价(元) 价格(万元)1 组件 晶澳JAM72S10 400MR 块 260 逆变器 固德威HT 100K 台 1 直流电缆 PV1-F-1*4mm² 米 1500 交流电缆 ZRC-YJV22 70mm2 米 100 72 支架 \ 套 39 556 水泥墩 500*500*500mm 个 78 250 配电箱 昌松100kw光伏交流配电箱 台 1 运输费 \ 总 18 1000 其他 \ \ \ \ 人工费 \ \ \ \ 7合计:万元电站年发电量计算本电站总容量为100kw,而电站选址地的年总辐射量为,首先发电量便达到了89328度电。 (式3-1)Q=100**度Q——电站首年发电量W——本项目电站总容量(85KW)T——许昌市年日照小时数()——系统综合效率()任何设备一旦使用,便就开始慢慢磨损了,其效率也是一年比一年差,即便是光伏组件也不例外。组件首年使用一年后,为了适应其环境,自身的效率瞬间就降低,而后的每年则是降低,将至80%左右时,光伏组件也是已经运行了25年。 表3-2电站发电量发电年数 功率衰减 年末功率 年发电量(kWh) 累计发电量(kWh)第1年 第2年 第3年 第4年 第5年 第6年 第7年 第8年 第9年 第10年 第11年 第12年 第13年 第14年 第15年 第16年 第17年 第18年 第19年 第20年 第21年 第22年 第23年 第24年 第25年 电站预估收益计算根据湖南省的标准电价,我们电站发的每度电能够有元收入,持续运行25年后,将会获得*元,也就是90多万,减去我们为电站投资的万,我们25年内能够获得大约50万的纯利润收入参考文献[1]王思钦.分布式光伏发电系统电能计量方案[J].农村电工,2019,27(09):37.[2]谷欣龙.光伏发电与并网技术分析[J].科技资讯,2019,17(24):31+33.[3]黄超辉,陈勇,任守宏.基于应用的光伏电站电缆优化设计[J].电子工业专用设备,2019,48(03):67-71.[4]余茂全,张磊.基于PVSYST的光伏发电系统仿真研究[J].安徽水利水电职业技术学院学报,2019,19(02):35-39.[5]谭阳.家用太阳能分布式光伏并网发电系统研究[J].电子制作,2019(09):94-95+91.[6]石培进.发展分布式光伏电站的可行性分析[J].山东工业技术,2019(12):183.[7]蒋飞. 光伏发电项目的投资决策方法研究[D].华东理工大学,2013.[8]陈坤. 光伏发电系统MPPT控制算法研究[D].重庆大学,2013.[9]徐瑞东. 光伏发电系统运行理论与关键技术研究[D].中国矿业大学,2012.[10]任苗苗. 光伏发电三相并网逆变器的研究[D].兰州交通大学,2012.

华中光电研究所论文

华中科技大学博士导师胡玥五年来发表SCI论文60余篇,我觉得这件事证明了胡老师的学术水平还有指导学生的能力。因为五年来发表论文60余篇,平均每年发表12篇,这是很困难的事情,有时候撰写、投稿的流程就要将近一年,这些代表了前几年胡老师的工作也是做得很扎实,所以才会有这样的成果。

首先,胡玥老师发表了这么多论文,学术水平是备受认可的。SCI的期刊论文发表并不容易,特别是影响因子高的期刊。胡玥老师是武汉光电国家研究中心的副教授,博士生导师,从事工科类的研究。这些研究需要一定的周期,而且需要不断的实验。可以发表那么大数量的论文,证明胡老师自己也在学术界造诣颇深,而且笔耕不辍,在学术科研的路上起早贪黑地进行研究,有了很多丰硕的学术成果,才可以撰写出那么多的学术论文,并且通过同行评议被收录发表。这些论文都是胡老师这些年来学术、实验的成果,代表了这些年她的努力和艰辛。

其次,这些论文有一部分也是胡老师作为合作作者发表,带领学生完成的。在研究生阶段,有一位愿意指导自己科研出成果的老师很幸运。在老师的带领下,学生可以自由探索科学的奥妙,研究深入的课题,同时也找到科研的兴趣点,也是研究生的必经阶段。

令人惊喜的是,胡老师还是一名90后。作为年轻导师,有着学术的冲劲,希望出成果,所以才会那么努力。在国外留学完成博士学业之后,毅然回国从事教职,将自己从国外学习的知识和学术技能应用于国内的先进研究中,为我国的科技发展助力!

PhysicsReviewLetters,这个期刊分的很细,每个volume涵盖某个特定方向,望采纳,谢谢!

它每年写的是招24个或者12个,实际上最多不超过6个,就是普遍撒网捕大鱼那种,哥就是被忽悠着打过一次酱油,最后前六名平均分达到375左右,什么概念!就这个破研究所!报浙大都上了!

胡玥太聪明了,是一个特别优秀的人才。

光电效应研究历程论文

看看下帖11楼的论文如何——

普朗克的量子假说提出后,第一个认真考虑他的观点的是阿尔伯特·爱因斯坦。

普朗克的假设违反“连续性”的经典物理,并且以“假设光波振动的解释”解释不连贯的量子能量传递,使多数科学家不能接受。

以上问题在爱因斯坦解决“光电效应”问题之后,变得明晰起来。而爱因斯坦也因此而获得1922年诺贝尔物理学奖。

光电效应是在光的照射下金属表面发射电子的现象。

1887年,威廉·哈尔瓦克斯发现了一种现象,用紫外线照射带负电压的验电器金属板,验电器就放电,光线由金属“打出”电子,现在的光电管原理就在于此。

继1887之后,俄国学者斯托列托夫等人也做了多次同类型的实验,确证了这个事实,并证明被光照过的金属板带的是正电。

人们开始定量地研究这种现象并测试“光电子”所带能量。结果发生矛盾。根据经典物理学定律,光电子的能量会随光度增加而逐渐增加,但实验中发现,光的强度虽然增加了,光电子的数量增加了,但能量却没有变化。

令人们百思不得其解的是,光电子的能量和照射光的频率有关。照射光的频率越高,光电子能量越大。这就是爱因斯坦的观点所在。

1905年,爱因斯坦发表了3篇论文。其中一篇《关于光的产生和转化的一个启发性观点》的论文认为,在1899至1902年之间,德国学者赫兹的助手勒纳德提出光电效应中经典波动理论无法解释的三点是光的微粒性质的实验证据。

勒纳德提出:

其一,每一种金属表面都存在一个特征截止频率,频率再小,不管光强多大,都不能发生光电效应。

其二,射出的光电子动能只同入射光频率有关,同光强无关。

其三,只要入射光频率超过截止的那个频率,无论怎样强弱,都会立即引发光电效应。

在论文中,爱因斯坦把普朗克的量子说和光的微粒观点相结合,提出光量子假说。光是由光子也是能束和能粒子所组成。牛顿曾经想到过的粒子观点被波说取代后,在爱因斯坦这里吸收了他的有益思考。

爱因斯坦认为,一束单色光,是一束以光速运动的粒子流,这些粒子称为光量子,也就是光子。每个光子都有一定的能量,这个以通过频率计算,用普朗克常数与频率相乘,可得出每个光子的能量。

一束光的能量就是发射出的光子能量之总和,一定频率的光,光子的数目越多,光的强度就越大。

光电子能量和入射光频率之间的关系对古典经典物理学而言,是无法解释的。频率和能量的紧密关系要求人们利用普朗克常数。

爱因斯坦正是在普朗克的基础上而比普朗克更革命。爱因斯坦考虑了途中发生的事情。也就是说量子是否按波的形式传播或是一成不变。爱因斯坦假设能量按一个量子传播。光辐射也是由微粒子,即一种“能量小包”组成的。这些微粒子以光速飞越空间,粒子能量是由频率和作用量子的乘积得出,意味着频率对光电子的影响。

光电效应是由于金属中的自由电子吸收了光子能量从金属中溢出而发生的。电子吸收一个光子便获得了一份能量,这份能量一部分被消耗,因为电子从金属表面溢出要做功;一部分就是电子逃离时的动能。

h为普朗克常数,电子从金属表面溢出所做的功为A,速度为v,则有:hv=A+1/2mv2,这就是爱因斯坦方程。

爱因斯坦的光量子理论,虽然能正确地解释光电效应,但仍然没能广泛承认,就连普朗克这位最早提出量子论的人,也认为爱因斯坦的理论“太过分”了。

原因就在于我们前面所说的“途中”。普朗克只认为电磁波在发射和吸收能量时是一份一份的,而爱因斯坦认为在传播过程中也具有这样的性质。

爱因斯坦理论的提出,使人们对光本质的认识前进了一大步。他重新引入微粒观,又肯定了波动的意义。主要是由于爱因斯坦的工作,使得光的波粒二象性确立,即光有时表现有波动性,有时表现为粒子性。

实验中的“斯托克斯定律”是爱因斯坦理论的证明。斯托克斯定律是:如果光碰上一块发荧光的平面,那么荧光的频率几乎总是比较低的,决不会高过引发辐射的频率。如果用波动理论,则无法解释,在光量子的假说中,通过爱因斯坦方程可以看到,打在屏幕上的量子放出一部分能量,因此被反射的量子能量较小,频率也较小。

另外,照相底板受到光照时,即使光线强度极弱,感光层的某些小颗粒也会起变化,而感光层的其他部分则依旧如故。这证明是光量子命中的部分引起变化。

美国物理学家密立根激烈地反对光量子理论,他花了10年时间,企图用实验来否定爱因斯坦。为了研究爱因斯坦方程,他把频率已知的单色光落到一块板上,然后尽量准确地测出放出的光电子能量。他用这种方法得出的普朗克常数与普朗克公式韵常数完全一致。

根据种种实验,光既有波的性质,又有粒子的性质,爱因斯坦的关于光是粒子组成的理论,没有让现代科学家放弃光的波动,而是有机统一且辩证地结合起来,即光的波粒二象性得到确立。

光电效应首先由德国物理学家海因里希·赫兹于1887年发现,对发展量子理论及提出波粒二象性的设想起到了根本性的作用。

菲利普·莱纳德用实验发现了光电效应的重要规律。

阿尔伯特·爱因斯坦则提出了正确的理论机制。

1839年,年仅十九岁的亚历山大·贝克勒尔(Alexandre Becquerel),在协助父亲研究将光波照射到电解池(electrolytic cell)所产生的效应时,发现了光生伏打效应。

虽然这不是光学效应,但对于揭示物质的电性质与光波之间的密切关系有很大的作用。

威勒毕·史密斯(Willoughby Smith)于1873年在进行与水下电缆相关的一项任务,测试硒圆柱高电阻性质时,发现其具有光电导性,即照射光束于硒圆柱会促使其电导增加。

海因里希·赫兹

1887年,德国物理学者海因里希·赫兹做实验观察到光电效应、电磁波的发射与接收。

在赫兹的发射器里有一个火花间隙(spark gap),可以借着制造火花来生成与发射电磁波。

在接收器里有一个线圈与一个火花间隙,每当线圈侦测到电磁波,火花间隙就会出现火花。

由于火花不很明亮,为了更容易观察到火花,他将整个接收器置入一个不透明的盒子内。

他注意到最大火花长度因此减小。

为了理清原因,他将盒子一部分一部分拆掉,发现位于接收器火花与发射器火花之间的不透明板造成了这屏蔽现象。

假若改用玻璃来分隔,也会造成这屏蔽现象,而石英则不会。

经过用石英棱镜按照波长将光波分解,仔细分析每个波长的光波所表现出的屏蔽行为,他发现是紫外线造成了光电效应。

赫兹将这些实验结果发表于《物理年鉴》,他没有对该效应做进一步的研究。

紫外线入射于火花间隙会帮助产生火花,这个发现立刻引起了物理学者们的好奇心,其中包括威廉·霍尔伐克士(Wilhelm Hallwachs)、奥古斯图·里吉(Augusto Righi)、亚历山大·史托勒托夫(Aleksandr Stoletov)等等。

他们进行了一系列关于光波对于带电物体所产生效应的研究调查,特别是紫外线。

这些研究调查证实,刚刚清洁干净的锌金属表面,假若带有负电荷,不论数量有多少,当被紫外线照射时,会快速地失去这负电荷;假若电中性的锌金属被紫外线照射,则会很快地变为带有正电荷,而电子会逃逸到金属周围的气体中,假若吹拂强风于金属,则可以大幅度增加带有的正电荷数量。

约翰·艾斯特(Johann elster)和汉斯·盖特尔(Hans Geitel),首先发展出第一个实用的光电真空管,能够用来量度辐照度。

艾斯特和盖特尔将其用于研究光波照射到带电物体产生的效应,获得了巨大成果。

他们将各种金属依光电效应放电能力从大到小顺序排列:铷、钾、钠钾合金、钠、锂、镁、铊、锌。

对于铜、铂、铅、铁、镉、碳、汞,普通光波造成的光电效应很小,无法测量到任何效应。

上述金属排列顺序与亚历山德罗·伏打的电化学排列相同,越具正电性的金属给出的光电效应越大。

汤姆孙量度粒子荷质比的光电效应实验装置。

当时研究“赫兹效应”的各种实验还伴随着“光电疲劳”的现象,让研究变得更加复杂。

光电疲劳指的是从干净金属表面观察到的光电效应逐渐衰微的现象。

根据霍尔伐克士的研究结果,在这现象里,臭氧扮演了很重要的角色。

可是,其它因素,例如氧化、湿度、抛光模式等等,都必须纳入考量。

1888至1891年间,史托勒托夫完成了很多关于光电效应的实验与分析。

他设计出一套实验装置,特别适合于定量分析光电效应。

借助此实验装置,他发现了辐照度与感应光电流的直接比例。

另外,史托勒托夫和里吉还共同研究了光电流与气压之间的关系,他们发现气压越低,光电流变越大,直到最优气压为止;低于这最优气压,则气压越低,光电流变越小。

约瑟夫·汤姆孙于1897年4月30日在大不列颠皇家研究院(Royal Institution of Great Britain)的演讲中表示,通过观察在克鲁克斯管里的阴极射线所造成的萤光辐照度,他发现阴极射线在空气中透射的能力远超一般原子尺寸的粒子。

因此,他主张阴极射线是由带负电荷的粒子组成,后来称为电子。

此后不久,通过观察阴极射线因电场与磁场作用而产生的偏转,他测得了阴极射线粒子的荷质比。

1899年,他用紫外线照射锌金属,又测得发射粒子的荷质比为×10emu/g,与先前实验中测得的阴极射线粒子的数值×10emu/g大致符合。

他因此正确推断这两种粒子是同一种粒子,即电子。

他还测出这粒子所载有的负电荷 。

从这两个数据,他成功计算出了电子的质量:大约是氢离子质量的千分之一。

电子是当时所知质量最小的粒子。

匈牙利物理学家菲利普·莱纳德

菲利普·莱纳德于1900年发现紫外线会促使气体发生电离作用。

由于这效应广泛发生于好几厘米宽区域的空气,并且制造出很多大颗的正离子与小颗的负离子,这现象很自然地被诠释为光电效应发生于在气体中的固体粒子或液体粒子,汤姆孙就是如此诠释这现象。

1902年,莱纳德又发布了几个关于光电效应的重要实验结果。

第一,借着变化紫外光源与阴极之间的距离,他发现,从阴极发射的光电子数量每单位时间与入射的辐照度成正比。

第二,使用不同的物质为阴极材料,可以显示出,每一种物质所发射出的光电子都有其特定的最大动能(最大速度),换句话说,光电子的最大动能于光波的光谱组成有关。

第三,借着调整阴极与阳极之间的电压差,他观察到,光电子的最大动能与截止电压成正比,与辐照度无关。

由于光电子的最大速度与辐照度无关,莱纳德认为,光波并没有给予这些电子任何能量,这些电子本来就已拥有这能量,光波扮演的角色好似触发器,一触即发地选择与释出束缚于原子里的电子,这就是莱纳德著名的“触发假说”(triggering hypothesis)。

在那时期,学术界广泛接受触发假说为光电效应的机制。

可是,这假说遭遇到一些严峻问题,例如,假若电子本来在原子里就已拥有了逃逸束缚与发射之后的动能,那么,将阴极加热应该会给予更大的动能,但是物理学者做实验并没有测量到任何不同结果。

英姿焕发的爱因斯坦在1905年(爱因斯坦奇迹年)发表了六篇划时代的论文。

1905年,爱因斯坦发表论文《关于光的产生和转化的一个试探性观点》,对于光电效应给出另外一种解释。

他将光束描述为一群离散的量子,现称为光子,而不是连续性波动。

对于马克斯·普朗克先前在研究黑体辐射中所发现的普朗克关系式,爱因斯坦给出另一种诠释:频率为 的光子拥有的能量为 ;其中, 因子是普朗克常数。

爱因斯坦认为,组成光束的每一个量子所拥有的能量等于频率乘以普朗克常数。

假若光子的频率大于某极限频率,则这光子拥有足够能量来使得一个电子逃逸,造成光电效应。

爱因斯坦的论述解释了为什么光电子的能量只与频率有关,而与辐照度无关。

虽然光束的辐照度很微弱,只要频率足够高,必会产生一些高能量光子来促使束缚电子逃逸。

尽管光束的辐照度很强劲,假若频率低于极限频率,则仍旧无法给出任何高能量光子来促使束缚电子逃逸。

爱因斯坦的论述极具想像力与说服力,但却遭遇到学术界强烈的抗拒,这是因为它与詹姆斯·麦克斯韦所表述,而且经过严格理论检验、通过精密实验证明的光的波动理论相互矛盾,它无法解释光波的折射性与相干性,更一般而言,它与物理系统的能量“无穷可分性假说”相互矛盾。

甚至在实验证实爱因斯坦的光电效应方程正确无误之后,强烈抗拒仍旧延续多年。

爱因斯坦的发现开启了的量子物理的大门,爱因斯坦因为“对理论物理学的成就,特别是光电效应定律的发现”荣获1921年诺贝尔物理学奖。

图为密立根做光电效应实验得到的最大能量与频率关系线。

竖轴是能够阻止最大能量光电子抵达阳极的截止电压,P是逸出功,PD是电势差(potential difference)。

爱因斯坦的论文很快地引起美国物理学者罗伯特·密立根的注意,但他也不赞同爱因斯坦的理论。

之后十年,他花费很多时间做实验研究光电效应。

他发现,增加阴极的温度,光电子最大能量不会跟着增加。

他又证实光电疲劳现象是因氧化作用所产生的杂质造成,假若能够将清洁干净的阴极保存于高真空内,就不会出现这种现象了。

1916年,他证实了爱因斯坦的理论正确无误,并且应用光电效应直接计算出普朗克常数。

密立根因为“关于基本电荷以及光电效应的工作”获颁1923年诺贝尔物理学奖。

根据波粒二象性,光电效应也可以用波动概念来分析,完全不需用到光子概念。

威利斯·兰姆与马兰·斯考立(Marlan Scully)于1969年证明这理论。

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