光＝波？ 量子化学に関する質問です。

質問

光を強くすると、
　　　飛び出す電子の数は増える。
　　　電子１個のエネルギーは変わらない。
振動数を大きくすると、
　　　飛び出す電子の数は変わらない。
　　　電子１個のエネルギーは大きくなる。

これは、Lenardが行った光に関する実験結果なのですが、このとき、光＝波と考えると、どれがうまく説明できないのでしょうか。色々と調べてみたのですが分かりませんでした。回答お願いします。

回答No.1

ojin · ベストアンサー

量子力学の専攻ではありませんが、一般人の持つ常識の範囲ですので、大きな誤りがあるかも知れません。

光には、波動と粒子の二面性を持っているとお思いますが、光＝電子と見るところに何か誤りがあるのではと思うのですが。光が物体に衝突することで電子が発生すると見るべきでは無いのでしょうか。

＞光を強くすると、
　　　飛び出す電子の数は増える。
　　　電子１個のエネルギーは変わらない。

光を強くする？(波長を短くする)
光のエネルギーをかんがえると、ここでは、光は、波動ではなく、光子として考えられる。光子のエネルギー(E)と波長の関係は、
Ｅ＝ｈν＝ｈｃ／λ　ｈ：プランク定数、ν：光の振動数、ｃ：光の速度。
から考えると、光の波長が短くなると、光子のエネルギーは強くなる。

＞振動数を大きくすると、
　　　飛び出す電子の数は変わらない。
　　　電子１個のエネルギーは大きくなる。
振動数を大きくすることは、波長を短くすることで、光子のエネルギーは強くなる。

このことから考えると、光を波動と光子の両方を考えないと説明が付かないように思えます。そして、光が物体に衝突して初めて、電子が発生しますので、元のエネルギーが強ければ、それだけ、発生する電子のエネルギーが強くなると考えられると思います。

高校物理か、学部の物理であったか失念しましたが、遠い昔の記憶ですので、理解に根本的に誤りかも知れません。その節は、ご容赦のほど。

回答No.3

Freeuser

光を波と考えれば、光を強くすることも振動数を大きくすることも、光の(波としての)エネルギーを増大させてるわけですが、これでは
(1)光を強くした場合なぜ電子1個あたりのエネルギーが変わらないのか
(2)振動数を大きくした場合なぜ飛び出す電子の数が変わらないのか
の２点が説明できません。
光の(波としての)エネルギーが大きくなるなら、(1)(2)の両方とも増大していいと考えられるからです。

回答No.2

altctrldel

Lenardが行った光に関する実験では
(1)一定振動数の光を照射すると光電流は
　光の強さに比例する
(2)光電効果の認められる光の振動数は
　金属によって定まる最小値がある
(3)光電子の持つ最大エネルギーは光の強さ
　には無関係で振動数の増加とともに
　直線的に増加する
ということがわかり、

(2)と(3)が古典的な波動として説明できません。

電子1個のエネルギー・・・は測定していない
と思います。
というか、あの実験では測定できないと思います。