光子について教えてください

①　空間のある１点で観察しているとき、そこにある振動数の光子１粒が飛んできたとします。その光　子１粒は何波長分、またはどれくらいの時間観測できるのでしょうか？
②　光、電磁波は大量の光子からできていると思っています。
　②ー１　太陽から来る光子はどのようにして生まれているのでしょう？
　②ー２　放送局がアンテナから電磁波を出します。この光子はどのように生まれるのでしょう？
　②ー３　例えばＮＨＫラジオの周波数６６６ＫＨｚと、この電磁波を担う光子の周波数との関係は？

見当違いの質問かもしれませんが本を読んでいても、具体的なことがよく分かりません。
このうちの一つでもいいです。よろしくお願いします。

No.5 回答者： -Ken-Ken- 回答日時： 2015/02/08 19:13

#2です。

まいったな。
電波で光電効果がおこらないのは、電波の光子は電子を飛び出させる十分なエネルギーを持っていないというただそれだけのことです。
電子を飛び出させるのに必要なエネルギーを仕事関数っていうんですけどね、普通2-6eVくらいです。銅とか、マグネシウム、アルミニウムで4eVくらい。金、白金、銀となると5eVくらいです。
eVというのは10^-19J くらいですから、確かに紫外線あたりでないと光電効果は起こらないわけです。

この回答へのお礼

またまたありがとうございました。もう少し質問があるので、お目にかかったらお答えよろしくお願いします。

お礼日時：2015/02/09 09:57

No.4 回答者： check-svc 回答日時： 2015/02/08 12:12

訳の分からない回答もあるようですが、こちらを参照ください。

https://kotobank.jp/word/%E5%85%89%E5%AD%90-62136

つまりは、光子とは光の粒子のことであり、光電効果を説明するために出てきた概念です。
よって、電波には光子は関係ありません（電波で光電効果が現れることはありません）。

同じ電磁波ですが、光と電波は別のものです。
X線やγ線のような放射線も電磁波の一種です。

この回答へのお礼

ありがとうございました。これを参考にさらに考えてみます。

お礼日時：2015/02/08 16:29

No.3 回答者： ORUKA1951 回答日時： 2015/02/08 09:37

　物理では光は電磁波（電波）とまったく同じもの、同義として扱われます。

電磁波（光）は、波としても粒子としても観察されます。回折や干渉と言う現象は波としての側面ですし、光電子効果は粒子としての性質ですね。
　光子として観察される時の大きさですが、それは波長と同じと考えると良いでしょう。たとえ一つの光子であっても、その大きさより小さなふたつのスリットを通り抜けて干渉を起こしますね。
　光子を用いた光学顕微鏡では光子の大きさより小さな粒子は観察できない理由はそれでしたね。

①　その光　子１粒は何波長分、またはどれくらいの時間観測できるのでしょうか？
　波長が光子のサイズです。
②　光、電磁波は大量の光子からできていると思っています。
　大量でなく一個の光子でも良いです。例えば視覚細胞の桿体は一個の光子だけでも興奮します。
　②ー１　太陽から来る光子はどのようにして生まれているのでしょう？
　　その電磁波（光子）を発生させるエネルギーが放出されるという事です、
　　エネルギー保存則から、何らかの変化でエネルギーを放出すると、E = hν (h:プランク常数、ν:振動数)で与えられるエネルギーをもつ光子が・・。核融合に由来する物もありますし、崩壊や衝突、あるいは単に熱放射の場合も。。だから電磁波も可視光線も紫外線もγ線も・・

　②ー２　放送局がアンテナから電磁波を出します。この光子はどのように生まれるのでしょう？
　②ー３　例えばＮＨＫラジオの周波数６６６ＫＨｚと、この電磁波を担う光子の周波数との関係は？
　666KHzだと、光速が約30万km/s ですから、
　　300,000km/666kHz ≒ 450m
　直径で言うと約450mの光子ですが、これほどの波長になるともはや粒子として観察することは困難でしょう。遠い宇宙のかなたで直径が450mのパラボラアンテナで一個の粒子を捉えられるかもしれませんが、E = hν で考えてもとっても小さなエネルギーしか持ちませんから・・

この回答へのお礼

ありがとうございました。これを参考にさらに考えてみます。

お礼日時：2015/02/08 16:27

No.2 ベストアンサー 回答者： -Ken-Ken- 回答日時： 2015/02/08 06:49

まず、光子とは実体のある粒ではありません。

光子はエネルギーの塊です。どれくらいのエネルギーを持っているかというのは振動数(あるいは波長)と関係があって、プランク定数をh、振動数をν(ギリシャ文字にニュー)とすると、光子のエネルギーはhνであらわすことができます。
実体があるわけではありませんから大きさはありません。ですから何波長かというご質問にも意味がないのです。

光子がもっている振動数という性質は、例えば光子に回折格子をくぐらせたときに表れてきます。光子は回折格子をくぐるときに曲がります。どこに曲がっていくかはわかりませんが、干渉縞が明るくあらわれるあたりに曲がっていく可能性が大です。

太陽の中では核融合反応が起きています。この核融合反応が熱を生み出し、つまり原子核などの荷電粒子が振動しているわけです。荷電粒子が振動すると電磁場が変化します。この変化が電磁波です。水の中で手をゆすると波ができるでしょう？これと同じことです。電磁波はhνの整数倍のエネルギーしか持ちません。ですからhνのエネルギーの塊を特に光子というのです。光子も電磁波も同じものを指していますが、光子はエネルギーの最小単位に注目した言い方です。

電磁波を水の上の波のようなもの、光子をパチンコ玉のようなものと考えると、まったく訳が分からなくなります。こういうのは単なるたとえ話です。例えば回折現象を説明したり、計算したりするときに水の上の波のようなものとして計算することができるという話にしかすぎません。実際のところは、そういう日常的に目にするものとは全く異なるものですので、特に「量子」というのです。光子とは光量子のことです。量子を量子としてその振る舞いを記述する分野が量子力学です。

放送局のアンテナから出る電磁波・光子も太陽からやってくる電磁波・光子とまったく同じ理屈ででてきます。制御された振動数の電流で電磁場を変化させます。この変化が電磁波として伝搬していきます。

プランク定数の値は6.626×10^-34 Js (ジュール・秒)です。666KHzは6.66×10^5 /sですから、上で示した関係から、その光子は4.41×10^-28 J のエネルギーの塊だ、ということになります。
ちなみに紫外線は10^15Hzくらいですから、その光子はNHKの電波の 10 000 000 000倍(100億倍)のエネルギーをもっていることになります。これくらいになるとお肌にも害を与えることになるわけです。

この回答へのお礼

ありがとうございました。参考にさしていただき、さらに考えます。

お礼日時：2015/02/08 16:25

No.1 回答者： check-svc 回答日時： 2015/02/07 17:17

誤解があるようです。

光も電波も電磁波の一種ですが、光と電波とは別のものです。
放送局から出る電磁波は電波であって、光ではありませんので、光子はでておりません。
光子とは光という電磁波の粒子性を説明するために考えられた概念です。

太陽から出る光子、つまり太陽光は核融合反応によって発生するエネルギーです。

この回答へのお礼

ありがとうございました。これを参考に、さらに考えてみます。

お礼日時：2015/02/08 16:28