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アインシュタインが光電効果を説明する際に量子概念をどのように利用したかを説明しますか?

1921年にノーベル賞を受賞した光電効果に関するアインシュタインの説明は、量子力学の発展における極めて重要な瞬間でした。彼が量子概念をどのように利用したかは次のとおりです。

1。問題:

*光の古典的な波の理論は、理由を説明できませんでした:

*電子は、光の強度に関係なく、特定のしきい値周波数より上の光が輝いている場合にのみ、金属表面から放出されました。

*放出された電子のエネルギーは、光の強度とは無関係でしたが、その周波数に依存していました。

2。アインシュタインの量子仮説:

*アインシュタインは、光が単なる波ではなく、光子(または光量子)と呼ばれるエネルギーの個別のパケットの流れとしても振る舞うことができると提案しました。

*光子のエネルギーは、方程式で説明されているように、その周波数に直接比例します。

e =hν

どこ:

* eは光子のエネルギーです

* Hはプランクの定数です(量子力学の基本定数)

*νは光の頻度です

3。光電効果の説明:

* しきい値周波数: 金属から電子を排出するために必要な最小エネルギーは、作業関数(φ)と呼ばれます。 作業関数よりも少ないエネルギーを持つ光子は、光がどれほど強くても電子を排出できません。作業関数以上のエネルギーを持つ光子のみが電子を排出できます。これは、しきい値の頻度を説明しています。

Hν≥φ

* 電子エネルギー: 放出された電子(運動エネルギー、KE)のエネルギーは、光子のエネルギーと作業関数の違いに等しくなります。

ke =hν -φ

これは、放出された電子の運動エネルギーが、その強度ではなく光の頻度に依存する理由を説明しています。

4。影響と重要性:

*アインシュタインの研究は、光の量子性について強力な証拠を提供し、光が波と粒子の両方として機能することを示しています。

*これは物理学の革命につながり、量子力学とそのアプリケーションの開発への道を開いて、レーザー、トランジスタ、モダンな電子機器を含む多数の分野でのアプリケーションになりました。

要約すると、アインシュタインの光電効果の説明:

* 光子の概念を利用しました - 光エネルギーの離散パケット。

* しきい値周波数を説明しました - 電子を排出するために必要な最小エネルギー。

* は、電子運動エネルギーが光子周波数とどのように関連するかを示しました - 光の強度ではありません。

量子概念のこの素晴らしいアプリケーションは、原子レベルでの光と物質の相互作用を理解するための基盤を確立しました。

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