電子は、約 1.602 × 10-19 の負電荷を持つ亜原子粒子です。電荷は、陽子の正電荷の大きさと同じですが、反対の符号を持っています。電界下の電子は、反発力または引力を感じます。正の電界が金属に印加されると、電子に引力が発生します。その理由は、2 つの反対の電荷の間の引力です。その結果、電子はこの引力により金属から逃げます。
同様に、電子が光子にさらされると、電子は金属表面から放出されます。それで、なぜそれが起こるのですか？この現象の背後にある理由を知るために、光電効果について詳しく説明しましょう。また、トピックに関する詳細情報については、電場下の電子に関する UPSC ノートをお読みください。
光電効果とは?
光電効果の現象は、1887 年に Heinrich Rudolf Hertz によって最初に観測されました。この量子電子現象では、光が金属表面に入射すると、金属材料の表面から電子が放出されます。
光子とは光子は、宇宙を移動できる最小の光の粒子です。彼らはエネルギーと勢いを持っています。したがって、光電子（金属から放出された電子）は、入射光子によって特定の金属から放出されます。したがって、このプロセスは光電子放出として知られています。アルバート・アインシュタインは全体の説明を提案しました。
彼の理論によると、光電効果は、しきい値エネルギーを超える光粒子 (光子) が連続的に金属に衝突したときに始まります。それらは、個別の量子化されたパケットで運ばれる電磁場のキャリアです。光の粒子 (光子) からのエネルギーの移動により、電子の運動エネルギーに変化が生じます。したがって、電子の放出が発生しますが、それは光波の周波数に依存します。光波の周波数が高いほど、それが運ぶエネルギーは高くなります。たとえば、青色の光は赤色の光よりも周波数が高くなります。したがって、引力を克服するためにより多くのエネルギーを運びます。
プランクの方程式を通してそれを理解しましょう:
E =hv =hc/λ
どこで、
E =光子のエネルギー
ν =周波数
h =プランク定数 =6.63 × 10–34 Js
c =光速 =3.0×108 ms−1
λ =入射光の波長
光電効果の法則
光電効果には全部で 4 つの法則があります。それらは次のとおりです:
<オール>電場下での電子の動き
電界下の電子は、電界が均一な 2 枚の平行平板を使用すると、特定の方向に移動します。電子孔を通って正に帯電したプレートに向かって移動し、負に帯電したプレートから離れます。電子の運動は、一定の速度で、プレート間に生成されたフィールドに対して直角に発生します。したがって、軌道は放物線です。
ただし、電界ベクトルと比べると向きは逆です。したがって、力は電子を加速します。これは、ニュートンの第 2 法則を使用して評価できます。加速すればするほど、放射線の形でエネルギーを失います。したがって、電界下での電子の動きは、電子のポテンシャル エネルギーが減少するにつれて遅くなります。
プレート間に電位エネルギーの差があり、V で表されます。次の式は、電界下で電子にかかる力の大きさを示します。
F =qE
どこで、
F =電子にかかる力
q =電子の電荷
E =間の電界
プレート
また、V =Ed
どこで、
V =プレート間の電位差
E =間の電界
プレート
d =2 つのプレート間の距離
したがって、F =eV/d
したがって、この方程式の助けを借りて、電場の下で電子にかかる力を知ることができます。電界下の電子の例を通して、電子の動きをよりよく理解することができます。
TV セット内の電荷 q の電子が加速しているとします。カソードとアノードの間には、距離 d に配置された電位差 V があります。陽極と陰極 E の間に与えられた電場。これを使用して、この均一な電場で電子にかかる力を計算できます。
結論
電場下の電子の概念について学ぶことは、光電効果と電場下での電子の動きが現代物理学でどのように機能するかを理解するのに役立ちます。この概念を理解するための最良の方法の 1 つは、光電効果の 4 つの法則を理解することです。次に、問題を解決するための数式を使用して概念を適用します。
