眼の光子エネルギーの計算と化学反応にかかる時間
- 瞳から入ってくる光子のエネルギーを考える問題について解説します。
- 問題文からエネルギーが感光物質に吸収されるかどうか迷っている点について詳しく説明します。
- 光を波動と考えた場合、視細胞にある感光物質が化学反応するエネルギーを得るにはどれくらいの時間がかかるのか考察します。
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瞳に入ってくる光子のエネルギー
以下の問題に取り組んでいます↓ 0等星の照度は2.5×10^(-6)ルクスである。1ルクスは1平方メートルあたり1/683ワットのエネルギー流に対応する。人間の瞳の広さを0.3cm^2として、瞳から入ってくるエネルギーを考え、そのエネルギーが眼の水晶体（レンズ）によって視細胞一個（半径10^(-6)mの球とする）に集められたとする。光を波動と考えた場合、視細胞にある感光物質（ロドプシン）の1 原子（半径10^(-10)m としよう）が化学反応するエネルギー(5×10^(-19)J としよう) を得るには何秒かかるか。 問題文の最初の3行より 人間の目に1秒間に入ってくるエネルギーは 2.5×10^(-6)×1/683×0.3×10^(-6) だというのはわかりました。 そしてこのエネルギーが視細胞に集められ、感光物質にエネルギーが与えられるわけですが、 この文章から「エネルギー全部が感光物質に吸収される」と考えていいのか迷っています。視細胞一個（半径10^(-6)mの球とする)、感光物質（ロドプシン）の1 原子（半径10^(-10)m としよう）という提示が問題文にあり、この半径がなぜ提示してあるかがよくわかりません。ロドプシンは視細胞１つに対し、1つなのでしょうか？ また、 "光を波動だとしたら"という文章も何かの計算処理を加えることを促しているのかな と気になっています。 どなたかアドバイスいただけないでしょうか。 よろしくお願いします
- ilnmfay
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これは、視細胞に加えられるエネルギーを、多めに見積もっても、光の波動説では矛盾が生じる、ということに気がつかせる問題でしょう。 なので、吸収率100%で計算してよいと思いますよ。 光が波動だというのは、エネルギーがコンスタントに届く(時間変動は無い)ものとして計算しなさいってことでしょう。
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お礼
回答ありがとうございます 参考になりました