古典理論の予測:
* 強度: 古典的な波の理論によれば、光のエネルギーはその強度に直接比例します。したがって、光の強度を上げると、放出された電子の運動エネルギーが増加するはずです。
* 周波数: 光の周波数は、強度が一定に保たれている限り、放出された電子の運動エネルギーに影響を与えないはずです。
実験的観察:
* 強度: 実験により、光の強度を増加させると、発射された電子の数が増加するだけでなく、運動エネルギーが増加することが示されました。
* 周波数: 光の頻度を増加させると、強度に関係なく、放出された電子の運動エネルギーが増加することが観察されました。
* しきい値周波数: 非常に高強度の光であっても、最小の周波数(しきい値周波数)があり、それ以下では電子は放出されませんでした。
問題:
古典的な波の理論は、これらの観察を説明することはできません。光のエネルギーが波面に連続的に分布していると予測しているため、光の強度は金属から電子を倒すことができるはずです。また、電子の運動エネルギーは、その周波数ではなく、光の強度にのみ依存する必要があると予測しています。
結論:
光電効果を説明しない古典的な波理論が失敗したため、光の量子理論の発達 、光は光子と呼ばれるエネルギーの個別のパケットに存在すると仮定します。各光子のエネルギーは、光の周波数に直接比例します(e =hν。ここで、hはプランクの定数、νは周波数です)。この理論は、光電効果をうまく説明しています。
* しきい値周波数: しきい値周波数の存在は、金属の作業関数を克服し、電子を排出するために最小量のエネルギー(Hν)が必要であるという事実によって説明されます。
* 運動エネルギー: 放出された電子の運動エネルギーは、各光子のエネルギーが周波数に直接比例するため、光の周波数に直接比例します。
* 強度: 光の強度を高めると、金属に入射する光子の数が増加するだけで、より多くの電子が排出されます。
したがって、光電効果は光の量子化の強力な証拠 古典的な波の理論では説明することはできません。