ある物質の光電効果を測定したところ最大制止電圧Voは波長4300Åのとき1.7V、6000Åのとき0.7Vであった。これらの値からh(プランク定数)の値を求めよ。

上の問題が解けません。誰か助けて下さい。

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A 回答 (5件)

まずは、波長λ、金属の仕事関数W、光電子の最大速度vなどを用いて、


波長λの光子が金属面に当たり光電子が飛び出てくるときの
エネルギー保存の式を考えてみてください。

次に、最大速度の電子が他方の極板に届くかどうかの境目が制止電圧Voですから、
ここでもエネルギー保存則の式を立ててみてください。

これら2つの式に数値を代入すればhの値が出てきます。
わからない部分があれば補足してください。
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こんにちは、横からちょっぴり失礼します。


もう少しですね、がんばってください。

>ある物質の光電効果を測定したところ最大制止電圧Voは波長4300Åのとき1.7V、6000Åのとき0.7Vであった。

これは、hitayaさんが実測で求めた値なのでしょうか?
(単純に文書の問題文で与えられた数字なら関係ないのですが)

もし実測したデータならば、以下の点にも注意して下さい。

1)最大制止電圧について
誤差の原因として、「仕事関数の違いによる接触電位差」と「実測データの曲線のどこを制止電圧と見るか」があります。
前者は計算時には結果的には打ち消しあいますが、後者は難しいので注意が必要です。物理学実験の本をよく読んで下さい。

2)波長について
この波長はどのようにして決めたのでしょうか?
白熱電球と色フィルターを組み合わせた場合は、色フィルターの透過曲線のピーク値で計算を進めるとおかしくなってしまいます。フィルターの特性が悪いほど(半値幅が広いほど)誤差が大きくなりますので注意が必要です。
理由はhitayaさんがよく考えてください。
光電効果とはなにか、から考えればどのように波長を決めるべきかわかってくると思います。

この結果について真値とのズレを論ずる際にこれらの考察が必要になりますので、頭の片隅にでも入れておいてください。
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この回答へのお礼

皆さんありがとうございました♪

お礼日時:2001/09/16 21:18

>E1=1.7e=h*c/4300Å-W1


>E2=0.7e=h*c/6000Å-W2
>こんな感じでしょうか?
ほぼ出来ています。
あとは W1=W2 とすれば、e,c の値を代入して計算するだけですね。
4300Åなどとしていますが、代入するとき単位には気をつけてください。

仕事関数というのは、金属の表面から電子が飛び出すのに
使われるエネルギーの大きさを表します。
したがって、金属の種類によって決まる値なので
当てる光の波長にはよりません。
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>1)v=fλでしょうか?でもこれだったらvが未知数のままですよね??


使う式はこれであっています。
今は光ですからvとは光速度cのことです。
この問題は素電荷 e と光速度cは既知の量としなければ解けません。

>2)E=elVolですよね?
そうですね。

もう、式を立てることは出来ましたか?
2つのエネルギー保存の式を一度補足に書いてみてください。
間違っている部分があれば指摘します。

この回答への補足

E1=1.7e=h*c/4300Å-W1
E2=0.7e=h*c/6000Å-W2

こんな感じでしょうか?

補足日時:2001/09/14 08:12
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電極(A) ----> 電極(B)


で電極Aに光が当たってBに到達するわけです。
丁度到達したときには電子の持っているエネルギーは0になるのが最大制止電圧V0に対応しますね。
考えないといけないのは、電子がもらうエネルギーはhν(νは光の振動数)ですね。

さて、もらったエネルギーを消費する方を考えると、
物質の仕事関数wのエネルギーが電極Aから飛び出すときに必要で、更にV0のポテンシャルを乗り越えないといけないわけです。
仕事関数は与えられていないので、wのままにしておきます。

そうしてエネルギーは保存されますから式を立てると、2本の式が出ます。わからないパラメータはwとhですね。
あとは式を解けば良いでしょう。

必要な知識は、

1)波長→振動数への式(教科書にズバリ載っているでしょう)
2)ポテンシャルV0を乗り越えるために電子が必要なエネルギーの式
ヒント:1Vの定義は、1C(クーロン)の電荷がポテンシャルの高いところから低いところに下るとき、丁度1Jのエネルギーを得るのが1Vになります。
3)電子の電荷素量(教科書、参考書に載っているでしょう)

があれば求まりますね。

ではがんばって下さい。

この回答への補足

1)v=fλでしょうか?でもこれだったらvが未知数のままですよね??
2)E=elVolですよね?

今一歩って感じです。もう少しヒントを!

補足日時:2001/09/13 22:49
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Q光電効果について

下記は、技術士 1次試験 電気電子部門の問題です。(H12-5)


光電効果でないものは、次のうちどれか?
1.フォトダイオード
2.光電子放出
3.光起電力
4.太陽電池
5.2次電子放出

答えは、5ですが、その他は、光電効果なのでしょうか?私は他も光電効果ではないような気がします。如何でしょうか?

Aベストアンサー

光電効果の定義を調べれば納得すると思います。光電効果は、「物質が光を吸収した際に物質内部の電子が励起されること」を意味しています。
つまり光のエネルギーが電子を励起する現象は全て光電効果に相当するわけですから、簡単に言うと、光の照射→電子の流れ→電圧、電流、電力の発生を引き起こす現象は全て光電効果によりもたらされると言えるわけです。
というわけで、正答は「5のみ」で良いかと思います。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/光電効果

Q光電限界波長

仕事関数2.0eVの金属の光電限界波長は何mか
c=3.0*10^8m/s、h=6.6*10^-34J・s、e=1.6*10^-19Cとする



解き方を教えてください

Aベストアンサー

E[J]=hν/e=hc/λe
λ=hc/Ee

じゃない?

Q光電効果

光電効果の過程について質問です。

上司が、
光電効果とは原子が光子を吸収し、そのエネルギーの担い手として軌道電子を放出する相互作用で、K軌道の放出割合が多いのは原子核から近いためである。光子が直接軌道電子に当たるというご認識をよくしやすい。
と話をしていました。

大学では光子と物質の相互作用は、対象が4つで(1)軌道電子(2)原子核の作る場(3)核子(4)中間子であると習いました。
僕の認識では光電効果は(1)との相互作用の結果、光子が吸収される。というものです。

みなさんの解釈を教えて下さい。またこの場合光子のモーメンタムはどのように保存さているのでしょうか?

Aベストアンサー

 上司さんの説明はおかしいように思います。

 光電効果は電磁波が物質中に到達できる範囲で起こります。従って、物質表面が最も反応することになります。

 金属であれば、多くの電子は原子核を離れて自由電子となり、ポテンシャルエネルギーが最低で安定するよう、金属表面に集中して分布しています(なお、平面でなく凹凸があれば尖っているほど集中する)。

 そこへ電磁波を当て、波長をだんだん短くしていくと、ある波長以下になると電子が飛び出します。まず飛び出してくるのは金属表面の自由電子です。

 自由電子は原子核からおおむね遠い軌道(内殻より外殻の方がポテンシャルが低いこともあるので、正確にはポテンシャルが小さい順)から順に自由電子となりますから、最も内側であるK殻は自由電子になりにくいのです。

 金属でない場合は自由電子はなく、物質表面の原子の、おおむね最外殻から電子が叩き出されます(これも、本当はポテンシャル順)。金属原子まで電磁波が到達した場合も同じです。最も内側のK殻の電子を叩き出すには、L殻の電子を叩き出せる波長より短い波長の電磁波が必要です。

 物質表面の原子から光電効果で電子が叩き出される場合、K殻から電子を叩き出すにはその外側よりも波長が短い、すなわり高いエネルギーの電磁波が必要で、その意味では最も電子が叩き出されにくいと言えます。

 K殻の電子も叩き出せるほど短い波長の電磁波の光電効果であるとして、電磁波照射中は次々と電子が物質表面の原子から飛び出して来ますから、表面の原子の物質の結合に関与していない電子は尽きてしまい、それを補うように次々と内側の原子から外側へ電子が移動することになります。

 このとき、光電効果で出てくる電子について、K殻からのものがどれくらいの割合になるかは、照射される光子の数(いわゆる明るさ)と物質内部から表面へ移動する電子の速さに依存し、単純にどうなのかを言うことはできません。

 具体的には、例えば表面が光電効果により常にK殻の電子まで不足するのか、物質の原子の結合はどの軌道のものか、その軌道に原子核は本来何個の電子があるか、等々が影響します。

 以上は一般論ですが、実際に放射線を照射すると、多くの物質でK殻からの電子が最も多くなります。これは原子核から近いためではなく、ポテンシャルエネルギーの大きさの問題です(原子核から近い、がポテンシャルの意味で言っているなら正解)。

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 電子が原子から完全に飛び出す場合を考えると、例えば光子のエネルギー(波長の短さ)がL殻から電子が飛び出すには充分であっても、K殻からでは不足な場合、K→L殻などの原子内での殻間の遷移に使われてしまいます。

 そのため、観測可能なくらいの光電効果を起こすのであれば、K殻から電子を叩き出せる波長の電磁波が必要となります。反応として、K殻を差し置いてL殻やさらに外側の殻から光電効果が起こることはありません。K殻の電子を叩き出して、さらにエネルギーが余っていて、それがL殻の電子を叩き出すほどであれば、L殻からも電子が出てきます。さらに外側の殻も順次同様です。

 それが現象的にはK殻からの電子が最も多くなる理由です。

 なお、そうなる仕組みとして、電子を励起する電磁波が励起に必要なエネルギー以上で、かつ余剰が小さいほど起こりやすいということがあります。言葉を変えれば、光子が電子の励起について余剰が少ないほど、電子に吸収される確率が高くなるということです。

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 光子のエネルギーの余剰が少ないほど衝突断面積が大きくなります。その表現を用いれば、光電効果が起こるK殻の電子を叩き出すに足る電磁波では、K殻より外側の殻ほど余剰エネルギーが大きく、すなわち衝突断面積が「K殻>L殻>…」であるため、光電効果で観測される電子は、K殻のものが最も多くなる、という説明も可能です。

 上司さんの説明はおかしいように思います。

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