物理・現代物理/原理と探求
光電効果の解説
光をより明るく照らしても電子が出ない場合があります。金属の種類・光の振動数・強度・阻止電圧を変えて光電子放出条件を探す実験です。電子1つの最大運動エネルギーと放出される電子の数を区別することで、光の粒子特性を説明できます。
どのような原理？
振動数は最大運動エネルギーを、しきい値上の強度は電子数を変えます。
重要な関係
Kmax = hf − W · f₀ = W/h · eVs = Kmax
観察してみよう
- 光子エネルギーが仕事関数を超えてこそ電子が放出されます。光の強度は電子数と飽和電流を変え、最大運動エネルギーは変えません。逆電圧が阻止電圧以上の場合、収集電流はゼロです。
- 基準条件ボタンを押して実行した後、測定値をそれぞれ記録します。
- 同じ振動数で強度だけ変えた記録を比較します。阻止電圧の数値は、エネルギーをeVにしたときのKmaxと同じです。
結果を読み解く
しきい振動数以上の光で、光の強度だけを2倍にすると最大運動エネルギーは？
Kmax=hf−Wなので強度ではなく振動数と金属の仕事関数が最大エネルギーを決めます。
モデルの仮定と限界
仕事関数ベースの理想モデルです。放出電子はすべてKmaxを持つことで単純化し、逆電圧がVs以上のとき電流を0で表示します。実際のエネルギー分布・表面状態・収集効率は省略します。振動数別Kmaxは可能な最大値で、強度0では放出がありません。