古典物理学の予測:
* 強度: 古典的な物理学は、光の強度を高めると放出された電子の運動エネルギーが増加すると予測しています。これは、光が波であると仮定し、より強い波が電子により多くのエネルギーを供給するためです。
* 周波数: 古典的な物理学は、光の頻度が放出された電子の運動エネルギーに影響を与えてはならないと予測しています。
実験的観察:
* 強度: 実験的に、光の強度を高める *発光電子の数が増加しますが、はになりません 彼らの運動エネルギーを増やします。
* 周波数: 実験的に、放出された電子の運動エネルギーはを行います 光の頻度に依存します。光の強度に関係なく、電子が放出されないしきい値周波数があります。
問題:
古典的な物理学は、光を波として扱うため、これらの観察を説明できません。 光電効果は、物質と相互作用するときに光が粒子(光子)のように振る舞うことを示しています。
アインシュタインの説明:
アルバート・アインシュタインは、光子の概念を使用して光電効果を説明しました。彼はそれを提案しました:
*光は、光子と呼ばれるエネルギーの離散パケットで構成されています。
*光子のエネルギーは、光の周波数に比例します(e =hν、hはプランクの定数)。
*光子が金属を攻撃すると、そのエネルギーが金属の作業関数以上である場合、電子を排出できます。
*排出された電子の運動エネルギーは、作業関数(KE =Hν -φ)を引いた光子のエネルギーに等しくなります。
アインシュタインの説明は、実験的観察をうまく説明しています:
* 強度: 光の強度を増やすと、より多くの光子が金属に衝突し、より多くの電子排出量につながりますが、各光子のエネルギーは同じままであるため、排出された電子の運動エネルギーは変わりません。
* 周波数: 光の頻度を増やすと、各光子のエネルギーが増加します。 光子のエネルギーが作業関数よりも大きい場合、電子はより高い運動エネルギーで放出されます。
結論として、光の波の性質に基づいた古典物理学は、光電効果を説明できません。光の粒子の性質(光子)を使用したアインシュタインの説明は、古典的な予測と実験的観察との間の矛盾を正常に解決します。