電子と光子の違いはなんですか？

電子と光子の違いはなんですか？
①ドブロイ波の波長　λ=h/p=h/mv
②E=1/2mv^2 p=mv
③E=hν p=hν/c=h/λ
④連続X線の最短波長λ₀=hc/eV
これらの公式はどれが電子にどれが光子に使えるのですか？
あまり理解できてなくて見当違いな質問をしているかもしれませんがよろしくお願いします。

No.2 ベストアンサー 回答者： yhr2 回答日時： 2024/11/25 14:37

「電子」と「光子」では、そもそも「モノ」が違います。

電子は、原子の中で原子核の周りをまわっているものであり（古典的な説明ですよ）、原子から離れた「自由電子」は「電流」として導体を流れ、電気製品を動かします。
ちゃんと「質量」や「電荷」を持っています。

光子は、通常は「波」と考えられている「光」（電磁波）が「粒子としての性質も持っている」として仮想的に考えられているもの。質量は「ゼロ」だし、電荷も持っていないので、見たり触ったりしたことのある人はいません。
光が「粒子」としての性格を持つことは、有名なアインシュタインの「光量子仮説」で提唱されたものですね。（これはいまだに「仮説」です）

＞①ドブロイ波

光が「波」であるのに「粒子」としての性格も持っているなら、逆に「粒子」である電子も「波」の性質を持っているに違いない、ということで仮想的に考えられたもの。「物質波」という仮説を提唱した科学者の名前から「ドブロイ波」と呼ばれます。これも「仮説」です。
要するに、次の電子に対する②と、光に対する③を「等価である」としたものです。
従って、「光」にも「電子」にも適用するものです。

#1 さんは「光子：×」にしていますが、「λ=h/p」は③から得られる式なので、上記のように「光子：〇」だと思います。

＞②E=1/2mv^2 p=mv

運動エネルギー E、運動量 p ということですね。
上に書いたように、「粒子」である電子は、この式で定義される力学的な「運動エネルギー」「運動量」を持ちます。
この式は「粒子」である「電子」に対する式。

＞③E=hν p=hν/c=h/λ

ということは、「粒子的性格」も持つという光にも「運動エネルギー」「運動量」があるはずだとして、対応する「光」の「運動エネルギー：E」「運動量：p」をこのように定義したもの。
この式は「波」である「光」に対する式。

＞④連続X線の最短波長λ₀=hc/eV

これがどのような場面・条件で出て来たものかが分からないと何とも言えません。

電荷 e の電子を電圧 V で加速して E = eV の運動エネルギーを持たせ、その電子に急ブレーキをかけて停止させたときに放出される「制動X線」の話をしているのであれば、「制動Ｘ線」（Ｘ線は「電磁波 = 光」です）のエネルギーが上の③のように
　E = hv = hc/λ
なので、これが電子の運動エネルギー eV に等しくなるのがエネルギー最大（波長最小）なので、このときの波長を λ₀ と書けば
　eV = hc/λ₀
→　λ₀ = hc/eV

従って、これは「X線」つまり「光」に対する式です。

No.3 回答者： yhr2 回答日時： 2024/11/26 23:24

No.2 です。

全体の話は知りたければ、こんなサイトを見てください。
↓
https://wakariyasui.sakura.ne.jp/p/atom/ryuuha/d …


余談ですが、お示しの質問文は、表示するフォントによっては
・速度：ローマ字のヴイ = v
と
・振動数：ギリシャ文字のニュー = ν
が同じ文字に見えます。

①②：速度：ローマ字のヴイ = v
③：振動数：ギリシャ文字のニュー = ν
です。

もし、そんなことで混乱しているのであれば、ちゃんとしたフォントで見て、「異なった文字である」として説明を読んでください。

No.1 回答者： hnks192059 回答日時： 2024/11/25 12:55

① 電子：〇 光子：×

② 電子：〇 光子：×
③ 電子：× 光子：〇
④ 電子：× 光子：〇