光電効果の法則

物質に紫外線や光線が当たると電子が放出される現象を光電効果といいます。放出された電子は光電子として知られています。電子の放出のプロセスは、光電放出として知られています。科学者たちは何年にもわたってこのプロセスを研究し、「光電効果の法則」として知られる特定の結論に達しました。

光電効果は、さまざまな技術の発展に役立ってきました。例えば、太陽エネルギーを利用するソーラーパネルの開発において重要な役割を果たしてきました。さらに、光電効果の法則は、光電放射を理解するのに役立ちます。この現象は現代物理学の発展において重要であり、巨大な応用が見出されています.

歴史

1887年、ドイツの物理学者ハインリヒ・ルドルフ・ヘルツが光電効果を発見。電波に関する彼の研究中に、Hertz は紫外光が 2 つの荷電した金属電極を照らすと、光が火花を発生させる電圧を変化させることを観察しました。

1902年、ドイツの物理学者フィリップ・レナードは光と電気をさらに解明しました。彼は、照明の金属表面が荷電粒子を放出することを観察しました。これらの粒子は、1897 年にイギリスの物理学者ジョセフ ジョンによって発見されました。彼によると、粒子は電子と同じです。

多くの科学者が実験的に効果を観察しました。いくつかの観測では、古典物理学では説明できない光と物質の相互作用が示されました。

もう 1 つの説明できない観察結果は、放出された電子の最大運動エネルギーと光の強度との関係でした。波動理論によれば、運動エネルギーは入射光の周波数に比例します。

さまざまな実験を行った後、科学者は特定の実験的観察結果を概説しました。次に、観察結果を組み合わせて、光電効果の法則をリストしました。

実験観察

光電効果の法則

光電効果の法則は次のとおりです:

フォトンの特性

光電効果を理解するには、光子の性質も知る必要があります。これらは次のとおりです。

• 光子の量子数はゼロです。
• 光子には質量がありません。
• 磁場と電場は光子に影響を与えません。
• 光子の速度は、空間における光の速度に正比例します。
• 物質が放射線と相互作用すると、放射線は光子と呼ばれる小さな粒子として振る舞います。
• フォトンは仮想粒子です。フォトンのエネルギーは、その周波数に正比例します。
• フォトンのエネルギーはその波長に反比例します。
• 光子の運動量とエネルギーを関連付ける方程式は

E =p×c

ここで

p =運動量の大きさ

c =光速。

このように、光電効果の法則は、光子の特性を理解することによって打ち消されました。

光電効果の応用

光電効果の法則に関する質問は、効果のさまざまな商用利用を調査する上で有益であることが証明されました。

フォトセル、光導電デバイス、太陽電池は、光電効果のよく知られたアプリケーションです。

フォトセルは 2 つの電極で構成されています。感光性陰極は光にさらされると電子を放出しますが、陽極は正の電圧を維持します。陰極で光を放出すると、電子は陽極に引き寄せられます。管内の電子はカソードからアノードに流れます。カソードに入射する光ビームが遮断されると、電流は停止します。カメラはまた、フォトセルを露出計として使用します。

光伝導効果は、光にさらされたときに硫化カドミウムなどの特定の非金属材料の電気伝導率を増加させる光電効果と密接に関連しています。この影響は非常に大きく、日光にさらされるとデバイスの最小電流が突然非常に大きくなる可能性があります。

太陽電池は、光にさらされるとバッテリーとして機能する特殊なシリコンで構成されています。単一の太陽電池は 0.6 ボルトを生成する能力を持っています。より高い電圧を得るために、一連の太陽電池をパネルに結合します。太陽電池を使用して太陽エネルギーを利用することで、遠隔地に電気を届けることができます。政府はすでにその使用を増やす計画を立てています.

結論

光電効果は、現代物理学の発展の重要な柱となっています。さらに、光電効果の法則は、多くの価値のある有用な製品を発明する上で重要な役割を果たしてきました。たとえば、光電放射は、太陽エネルギーを利用する製品の開発において重要な役割を果たしてきました。それはまた、写真の革命的な実験であることが証明されました.この記事では、光電効果の法則、その起源の詳細な歴史、および実験的観察について調べました。上記の光電効果のアプリケーションは、学生が知っておくべき重要なポイントの 1 つです。上記の記事で共有されている知識を注意深く読んでください。