物質は速度、サイズ、質量などの特性によって特徴付けられますが、波は波長、波の速度などの特性によって特徴付けられます。波と粒子の二重性という用語または概念放射線と物質の二重性とは、特定の条件下で粒子が波のように振る舞う方法、またはその逆の方法を指します。自然は一貫性と均一性を好みます。光が波動と粒子の二重性を示すことができるなら、それは物質によっても示されるはずです。アインシュタインの光電効果の説明により、ド・ブロイは波と粒子の二重性を思いつきました。この後、放射線と物質の二重性に新たな地平が開かれました。
電子の放出
すべての金属には自由電子がありますが、イオン力のために金属表面から逃げることはできません。しかし、自由電子に適切なエネルギーが与えられると、自由電子は金属表面から逃げる (放出する) ことになります。この放出に必要な最小エネルギーは、金属の仕事関数 (ϕ0) と呼ばれます。金属によって異なります。たとえば、Na の仕事関数は 2.75 eV ですが、Pt の仕事関数は 5.65 eV です。
このエネルギー (>ϕ0) は、適切な加熱 (熱電子放出) によって金属表面に提供され、強い電界 (電界放出) または適切な周波数の光 (光電放出) を与えます。
光電効果
それは、放射線と物質の二重性から来ています。適切な周波数の光で照らされると、金属表面から電子が放出されます。この現象は光電効果と呼ばれます。放出された電子は光電子と呼ばれ、この放出が起こらない光の最小周波数は閾値周波数と呼ばれます。金属ごとに異なります。たとえば、Zn、Cd、Mg は紫外範囲にしきい値周波数を持ちますが、アルカリ金属 (Li、Na、K は可視スペクトルに敏感です)
光電は影響を受けます
<オール>光の強さ:
光電流は、光の強度の上昇に比例して増加します。
2. コレクタ プレートの電位:
コレクタ プレート(A)がエミッタ プレート(C)よりも正の電位にあり、電位が増加すると、光電流が増加し、しばらくすると飽和電流と呼ばれる最大限界に達します。 .一方、電流の極性を変えると、光電流は大幅に減少し、最終的には停止します。したがって、光電流がゼロ (0) になるようにコレクタ プレート (A) に適用される最小の負の電位は停止電位と呼ばれます。
放射線の粒子の性質:光子
電磁放射の波動性では、電子放出の現象を説明できません。 1905 年にアインシュタインは、放射線 (または光) は単なる波ではなく、量子化されたエネルギーを持つ粒子の流れであると提案しました。これらの粒子は光子と呼ばれます。アインシュタインの提案によると、周波数 f の光波の各量子である光子は、
のエネルギーを運びます。E =hf
ここで、h =プランク定数 =6.62607004 × 10-34 J .
アインシュタインはさらに、電子が光子のこのエネルギーを獲得し、そのエネルギーがその仕事関数 (ϕ0) を超えると、最大運動エネルギー
で金属表面から放出されることを提案しました。Kmax =hf – ϕ0;ここで、f はその金属の閾値周波数よりも大きいです。
これは、アインシュタインの光電方程式として知られる方程式です。
アインシュタイン卿によると、この光エネルギーの吸収は原子レベルで発生します。光が原子に吸収されると、光子のエネルギーが原子に転送されます。オブジェクトに多数の原子がある場合でも、エネルギー移動は量子化された量の単一光子として発生します。
物質の波の性質:物質波
自然は対称性を好みます。波に粒子性があるなら、粒子（物質）にも波性があるのではないでしょうか？ 1924年、物理学者のルイ・ド・ブロイが同様の提案をしました。放射線が粒子の性質を持っている場合、移動する粒子のビームは波の性質を持つことができます。この波は物質波と呼ばれます。物質波の波長であるルイ・ド・ブロイによれば、
λ =hp
λ はドブロイ波長と呼ばれ、
h はプランク定数です
p は粒子の運動量
このことから、(数学的に) 波の性質 (波長 λ) と粒子の性質 (運動量 p) を 1 つの式で表すことができます。
1927 年、C.J.Davisson と L.H. Germer は実験的に De Broglie の提案を検証しました。電子は素粒子ですが、電子ビームは実験で干渉パターンを示しました。中性子、陽子、その他の原子でも同様のパターンが見られます。
しかし、波の性質を示す移動中のバスやタクシーが見えないのはなぜでしょうか?
わかりました、p=mv
p =粒子/オブジェクトの運動量
m =粒子/オブジェクトの質量
v=粒子/オブジェクトの速度
ド・ブロイ方程式から、次のように書くことができます
λ =hmv
より大きな物体 (バス、タクシー、またはその他のマクロ物体) では、方程式の右辺の分母の質量が非常に大きく、結果の波長 ( λ ) が非常に小さくなります。したがって、実際には、これらの天体の波の性質を見ることはできません。
放射線と物質の二重性質の例 –
光電セル
光電セルは、セルに接続された真空管内のコレクタ プレート (アノード) と半円筒状のエミッタ プレート (カソード) に他なりません。光エネルギーを電気エネルギーに変換します。映画の音声生成から写真電信まで、さまざまな用途があります。
走査型トンネル顕微鏡 (STM)
光学顕微鏡は可視光または紫外光 (f=300 nm) の下で機能するため、300 nm 未満の小さな寸法を見ることはできません。 STM は、ポテンシャル障壁を通過する電子トンネリングを使用することで、ここで役立ちます。
結論
科学者は、物質と放射線の二重性について複数の観察を行っています。たとえば、C.H.Davisson と L.H.Germer は、電子が、De Broglie が提案した公式を認める波長を持つ波のように振る舞うと伝えました。アインシュタインの方程式とド ブロイの方程式は、放射線と物質の二重性を証明しています。
