学習目標
- 光電効果を説明します。
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古いsf小説の物語（1950年代）では、宇宙旅行のテーマの一つは、推進のための太陽帆の使用でした。 アイデアは、太陽からの光子の圧力が帆（風の帆のように）を押して宇宙船を動かすということでした。 太陽の帆が開発され、現代の宇宙旅行のためにテストされているように、かつてはsfだったものは、今現実です。
光電効果と光の粒子の性質
1905年にアルバート-アインシュタイン（1879-1955）は、光が粒子として振る舞うエネルギーの量子と 光子は、質量がゼロでエネルギーの量子を運ぶ電磁放射の粒子です。 光の光子のエネルギーは、E=hv方程式に従って量子化されます。 長年にわたり、光は波の概念のみを使用して記述されており、古典物理学で訓練された科学者は、この波と粒子の光の二重性を受け入れるのが難しい 光の粒子の性質を使用してアインシュタインによって説明された重要な実験は、光電効果と呼ばれていました。
光電効果は、金属表面に光が輝いたときに起こる現象であり、その金属から電子が放出される。 特定の周波数の光だけが電子の放出を引き起こすことができることが観察された。 入射光の周波数が低すぎると（例えば赤色光）、光の強度が非常に高くても、長時間表面に輝いていても電子は放出されませんでした。 光の周波数が高ければ（例えば緑色の光）、光の強度が非常に低くても、短時間しか輝いていなくても、電子を金属表面から放出することができました。 電子放出を引き起こすために必要とされるこの最小周波数は、閾値周波数と呼ばれる。
古典物理学は光電効果を説明することができませんでした。 このような状況に古典物理学を適用すると、金属中の電子は、入ってくる光が低周波であっても、最終的に表面から放出されるのに十分なエネルギーを集 アインシュタインは、下の図に示すように、光電効果を説明するために光の粒子理論を使用しました。
図1。 低周波光（赤色）は、金属表面からの電子の放出を引き起こすことができない。 しきい値周波数（緑色）以上では、電子が放出される。 さらに高い周波数の入射光（青色）は、同じ数の電子の放出を引き起こすが、より高速である。
図2。 光電セルは、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、この計算機に電力を供給します。
E=hv方程式を考えてみましょう。 Eは、金属の電子が放出されるために必要とされる最小エネルギーである。 入射光の周波数vがしきい値周波数を下回っている場合、電子を放出させるのに十分なエネルギーは決してありません。 周波数がしきい値周波数以上であれば、電子は放出されます。周波数が閾値を超えて増加するにつれて、放出された電子は単により速く移動する。
周波数が閾値を超えて増加すると、放出された電子は単 しきい値周波数を超える入射光の強度の増加は、放出される電子の数を増加させるが、それらはより速く移動しない。 光電効果は、光のエネルギーを使用して電気を生成する電卓などの日常品に一般的に見られる光電セルと呼ばれるデバイスに適用されます。
概要
- 光は波と粒子の両方の特性を持っています。
- 光電効果は、金属に当たった光によって生成され、電子が金属の表面を形成する。
練習
次の質問に答えるには、以下のリンクを使用してください:この光電池の発光材料は何ですか？
http://www.citycollegiate.com/physicsXII_photocell.htm
- この光電池の発光材料は何ですか？
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- 光電子が放出される原因は何ですか？
- 光強度の増加に伴って電流が増加または減少しますか？
- 光が陰極に当たらないとどうなりますか？
レビュー
- 光子のプロパティは何ですか？
- 光電効果は光の特性について何を示していますか？
- 光の周波数は光子の放出にどのように影響しますか？
用語集
- 光電セル：電気を生成するために光のエネルギーを使用します。
- 光電効果：金属表面に光が輝いたときに発生する現象で、その金属から電子が放出されます。
- 光子：質量がゼロで、エネルギーの量子を運ぶ電磁放射の粒子。
- しきい値周波数：電子放出を引き起こすために必要な最小周波数。