光電効果の性質

光電効果の性質

電極に当てる光の振動数が一定のとき(波長が一定のとき)、加える電圧の大きさ・向きと流れる光電流の大きさには、次のような関係があります:




赤色の方が青色よりも光が強いということを意味しています。

電圧をある程度大きくすると、電流の大きさ(=光電子の数)は一定になります。電流の大きさは光の強さに比例します。

電圧の符号に関してですが、+の場合、Pの電位が正でKが負になるような電圧です。-の場合、Pの電位が負でKになるような電圧です。

Pの電位を下げていき、-V_0 [V] で光電流が流れなくなったとします。このことは、電子は電界から-eV_0 [J] の仕事をされて運動エネルギーが0になった、と考えることができます。この運動エネルギー(=電子が飛び出す瞬間の運動エネルギー)を K_0 [J] とすると:
eV_0 = K_0
が成り立ちます。

K_0 は電子の運動エネルギーの最大値です。

V_0 は阻止電圧(そしでんあつ)と呼ばれます。

上のことをまとめると、K_0は光の強さによって変わらず、阻止電圧V_0によって決まる、ということです。


電極に当てる光の振動数をν(ギリシャ文字のニュー) [Hz]とします。

(このブログでは、ギリシャ文字ニューと英語のブイの区別がつきにくいです。ご注意ください。)

νと光電子の運動エネルギーの最大値K_0の関係をグラフにすると:



となります。

光の振動数がある値 ν_0 [Hz] より小さいと、どんなに光を強くしても光電子は飛び出しません。このν_0 を限界振動数といいます(このときの波長λ_0 を限界波長といいます)。

限界振動数は、光を当てる金属の種類によって異なります。

光の振動数と光電子の運動エネルギーの最大値は比例します。
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