光電効果について

質問

自由電子に光が当たったときにはコンプトン効果は起こり得ても光電効果は起こり得ないらしいのですが、なぜでしょうか？どなたかご教授願います。

回答No.4

eatern27 · ベストアンサー

ミクロに見れば光電効果というのは、電子が光子を吸収する現象です。式で書けば
e^- + γ　→ e^-
という反応です。

左辺の電子として真空中の自由電子を考えた場合にはこういう反応は起こらない(真空中の電子は光子を吸収しない)わけですね。
時間反転するだけなので真空中の電子が光を放射する事もあり得ない事も同様に言えます。

例えばコンプトン効果による光の波長の変化の計算は
http://en.wikipedia.org/wiki/Compton_scattering
のようにエネルギーと運動量の保存則から出しますが、これと同じことを光電効果について(E_γ'=0として)計算してやると解が存在しない事が分かるでしょう。

お礼

そういうことでしたか。やっと分かりました。ありがとうございます。

回答No.3

eatern27

いや、光電効果が起こりえないという文脈からすれば金属中じゃなくて真空中の(孤立した)電子の話です。
(バンド間遷移やフォノンなどを考えなければ金属などの物質中でも問題はないとは思いますが)

※なお、エネルギーが保存していないのが分かりやすいから「光電効果後の電子の静止系」を考えているだけなので、別の系で考えても結論は同じです(エネルギーと運動量を同時に保存する事ができません)

補足

つまり、原子内に束縛されておらず、外力も受けていない電子に光子が当たっても光電効果は起こらないということですか？そういうことでしたら、自由電子に光子が当たり光電効果が「起こる」とはどういった意味でしょうか？（自由電子に光子が当たっても電子は出てきこないので、「自由電子に光が当たったときにはコンプトン効果は起こり得ても光電効果は起こり得ない」というのは当たり前のような気がしてしまいす。）ただ、この理由は、「エネルギーと運動量を同時に保存する事ができない」ことに関係するようなのですが、これは具体的にどういう意味でしょうか？長々とすみません。

回答No.2

noname#175206

自由電子というのは、金属の中の電子のことですよね。だとすると、光電効果はあります。波長の短い光を当てると電子が飛び出てくるというのは、金属で発見されたくらいですから。

　もしかすると、内部光電効果のことでしょうか。こちらは、絶縁体や半導体での現象です。内部光電効果と対比するとき、他の光電効果を外部光電効果と呼ぶようです。

　どれも、名前くらいしか知りませんので、とりあえずお調べになるとっかかりをご提供できれば、と思い投稿してみます。

回答No.1

eatern27

例えば光電効果後の電子の静止系において
光電効果前の全エネルギーと光電効果後の全エネルギーをそれぞれ求めてみましょう。

補足

光電効果前に電子が金属中でエネルギーE1と運動エネルギーＫ1を持っていて、そこに光子がhνのエネルギーを持ってやってくるとすと、光電効果後に電子が金属中でエネルギーE2と運動エネルギーＫ2を持つので、E1+K1+hν=E2+K2になると思うのですが、これが質問と関係しているのですか？