| English | 意味 |
|---|---|
| photoelectric effect/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɪk ɪˈfekt/ | 光電効果 |
青い光は電子を叩き出し、赤い光は brightness をどうしても起こさない
- 光を金属にあてると電子が飛び出すことがあります。しかし、ここで注意が必要です。
- 青光は即座に電子を放出しますが、赤光は何も起こしません。極めて明るい赤光であっても同じです。
- この現象を波動理論では説明できません。これは光子によってのみ説明できます。
- これが光電効果であり、光が粒子で構成されていることを証明したアインシュタインの証拠です。
1つの光子、1つの電子
- 光は光子としてエネルギーを届け、各光子は $E = hf$ を持ちます。
- 金属から escape するためには、電子は一度の衝突で十分なエネルギーを持つ光子1つが必要です。
- 閾値周波数以下の光子はエネルギーが不十分であり、電子は放出されません。
- 閾値を超えれば、各光子は1つの電子を叩き出します。
光電効果は光が以下のように振る舞う証拠である：
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閾値周波数が存在することは、光が光子単位で提供される場合にのみ説明可能である。
閾値以下では明るさでは解決しない理由
- 周波数が低すぎると、非常に明るい光束でも電子を放出することはできません。
- エネルギーが不足する光子が増えても、電子を解放することはできません。明るさは「量」であって「質」ではありません。
- 閾値を超えた場合、より明るい光束はより多くの電子（＝より多くの光子）を放出しますが、速度が速くなるわけではありません。
- 各電子により多くの運動エネルギーを与えるのは周波数を上げることだけです。
閾値周波数未満において、光の輝度を増すと：
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閾値未満では、各光子は弱すぎて、輝度を上げても電子を解放できない。
閾値を超えた場合、より明るい光束は:
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光子が増えると電子も増えるが、速度は明るさではなく周波数に依存する。
エネルギーのバランス
- 光子エネルギーの一部は電子の解放（仕事関数）に使われ、残りが運動エネルギーとなります。
- 記号で表すと：$hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$。
- したがって、閾値を超えれば周波数が高いほど、放出される電子の速度は速くなります。
- このような正確な計算が、アインシュタインにノーベル物理学賞をもたらしました。
光電効果
放出される電子の最大運動エネルギーは、閾値を超えると光の周波数に比例して直線的に増加する。
閾値を超えると、より周波数の高い光は、より大きな運動エネルギーを持つ電子を放出する。
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$hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$: 光子のエネルギーが大きいほど、残りの運動エネルギーも大きくなる。
金属から電子を取り外すために必要な最小エネルギーを ____ 関数という。
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仕事関数 $\phi$ は電子を取り外すためのエネルギーであり、残りは運動エネルギーとなる。
光電効果に関する 正しい 記述をすべて選択せよ。
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閾値周波数、粒子性、周波数による速度設定は全て正しい。ただし、閾値未満の赤色光からは何も放出されない。
閾値周波数以下では、光がいくら明るくても電子は放出されません。明るさ（光子の数）は、周波数（光子あたりのエネルギー）を補うことはできません。波動理論では明るい光であれば常に効果があるはずですが、実際そうではないことは、光が粒子であることを示しています。
暗い紫外線光は金属から電子を放出しますが、強い赤色光は出しません。なぜでしょうか？
- 紫外線の光子は閾値周波数を超えており（光子あたり十分なエネルギーがあるため）、電子を放出します。
- レッド光 défはこれより下位であり、個々の光 défは弱すぎるため、増やしても（明るくしても）効果はありません。
光電効果とは、光が閾値周波数以上でしか電子を放出しないものです。その理由は、エネルギーが光子（$E = hf$）として届くため、電子を1つずつ解放しなければならないからです。閾値以下では明るさでは解決せず、超えれば周波数が高いほど電子の速度が速くなります（$hf = \phi + \text{KE}_{\text{max}}$）。これは光が粒子であることを証明しています。