光電効果とはなにか top map map2 電気の基本法則

 物質に当って、電子が飛び出す現象を光電効果(こうでんこうか photoelectric effect)といいます。
 実験結果では振動数を一定にして、光の輝きを強くすると飛び出してくる電子の数は増えるがが、その電子のエネルギーに変化はない。輝き(輝度)を一定にして光の振動数(周波数)を多く(色が虹の時に出る赤から紫の順に振動数が多い)すると、飛び出してくる電子のエネルギーは高くなるが、その電子の数に変化はないというものでした。
  この現象は従来の考えでは光は波である(干渉や回折が生じる)ことから、波の強さは振幅であり、振動数は単に繰り返しの回数であり光の色が変化するだけで、振動数が飛び出してくる電子のエネルギーにどのように関与しているのか説明できませんでした。
 1905年にアインシュタインは光量子仮説で、光は波ではなく、プランク定数hと振動数νをかけたエネルギーを持つ粒として考えればいいのではないかと提案しました。光のエネルギーはh(プランク定数)×ν(光の振動数)とするので、光の振動数が多くなれば光の粒一個のエネルギーも大きくなり、それによって原子核のまわりを回る電子や、金属の中で自由に動きまわる自由電子がはじき出されるときに、光の粒子が持っているエネルギーを衝突した電子に与えることから、はじき出される電子のエネルギーもまた大きくなると考えました。また、光の強さを大きくする(輝きを増す)のは光の粒の数を多くすることで、はじき出す電子の数は多くなりますが、一個の光の粒が持っているエネルギーは変わらないのではじき出される電子のエネルギーは変わりません。 この考え方であれば、光電効果をうまく説明できました。この光の粒のことを「光量子(こうりょうし)」と呼びます。
 光電効果は、物質がもっている電子が入射した光のエネルギーの大部分を吸収し、その物質から飛び出すだけのエネルギーよりも大きくなったときに電子がはじき出される現象ですが、この現象にはある振動数以上でないと電子をはじき出すことができません。
 入射する光のエネルギーとはじき出された電子の運動エネルギーとの関係は以下の式で表されます。

この式で、入射光の振動数とはじき出された電子のエネルギーが測定されるとプランク定数が求められ増す。

 光電効果の具体例は、 光電効果を持つ物質を陰極にし、対向した電極を陽極として電界をかけておき、陰極に光を当てると、飛び出した電子が陽極に捕らえられ、電流が流れます。これを光電導現象といい、上記の現象と合わせて光電効果と呼びます。