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光電子を飛び出させる金属物性の違いとその後の金属
- 光電効果によって金属表面から電子が飛び出す際、光の振動数が異なる金属間で必要な振動数の違いが存在する。この違いは金属の特性や構造に依存し、周期表における族や原子数、バンド構造などが関連している可能性がある。
- 電子が飛び出すことにより金属の自由電子数が減少するが、大きな振動数の光を継続的に照射し続けると光電子が放出され続け、金属の自由電子が減少する可能性がある。この場合、金属の機能低下や電流の流れに影響を与える可能性があるが、具体的な詳細は不明である。
- 本やサイトには光電効果の詳細な内容に関する情報は見つかりませんでした。ただし、光電子の挙動は金属の物性によって異なる可能性があり、特に金属の構造やバンドギャップなどの特性が関連している可能性が高いです。
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有名な、アインシュタインの光量子仮説のきっかけになった現象ですね。 質問「１」に対して： 「電子が飛び出すギリギリの振動数」は、電子が金属内部の「場」の束縛に打ち勝つためのエネルギーを得る必要があります。それが「仕事関数」です。 光の振動数をνとして、 ｈν ＝ Ｐ１ ＋ Ｐ２ ＋ ｅＶ ここで、ｈ：プランク定数、Ｐ１：イオン化エネルギー（金属の自由電子ではゼロ）、Ｐ２：仕事関数、ｅＶ：飛び出した電子の運動エネルギー。 （参考）光電効果 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%85%89%E9%9B%BB%E5%8A%B9%E6%9E%9C 仕事関数の値が、なぜ金属によって異なるのかは、金属結晶を構成する原子間の間隔や格子配列、原子核の電価や軌道電子の数、そういった場の中に存在する自由電子の配置などによって決まるものだからでしょう。導電性が金属によって異なるのと同じような理由でしょう。（詳しい理論的・定量的な説明はできませんが） これがすべての金属で同一だったら、逆に不思議です。 （参考）仕事関数 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BB%95%E4%BA%8B%E9%96%A2%E6%95%B0 質問「２」に対して： ご質問のロジックで行くと、「大きな振動数の光をずっと照射し続け光電子が外へ放出され続けると、いずれ空気中は自由電子でいっぱいになり、電流を流せるようになる」ことになりますね。 ご心配なく。金属中も、空気中も、大きな範囲で見ればプラス・マイナスが打ち消しあって電気的に中性状態を維持します。 ミクロで見れば、光電子を放出した金属は「プラスに帯電」し、空気中に漂うイオンなどから電子を引きつけて捕獲し、元に戻ります。空気中は、光電効果で金属から放出された電子が、空気中の原子や分子に捕獲されます。飛び出した電子の運動エネルギーは、熱エネルギーとなって拡散します。 ということで、マクロで見れば、金属中も空気中も、プラスとマイナスは平衡状態を保持し続けています。
お礼
空気中ではイオン等を引きつけて元に戻るという考えは無かったので参考になりました。ありがとうございました。