光電効果についてわからないことがあります

質問

なぜ光電効果は、光を古典的な波と考えたのでは説明できず、光量子仮説が必要だったのですか？
どなたか回答よろしくお願いします。

回答No.4

noname#175206 · ベストアンサー

#3です、すみません、書き損ねです。

×>これなら振動数を上げても飛び出す電子の数に変化が上手く説明できます。

○>これなら振動数を上げても飛び出す電子の数に変化がないことが上手く説明できます。

お礼

質問に非常に丁寧に答えていただき本当にありがとうございました。

回答No.3

noname#175206

>・振動数の大きい光を当てると電子１個あたりのエネルギーは大きくなるが飛び出す電子の数に変化はない。

　光が粒子でもあるとすれば、振動数が大きい＝1個の光子のエネルギーが大きいということですね。光が粒子として働けば、1個の光子がぶつかる相手の電子も1個にしかなりません。光子の数と飛び出す電子の数が一致するわけです。これなら振動数を上げても飛び出す電子の数に変化が上手く説明できます。
　もし光を波でしかない考えると、振動数を上げたとき、飛び出す電子の数が増えないことが上手く説明できません。むしろ、電子の数も増えるほうが自然だということになっていまいます。

>・強い光を当てるとたくさん電子が飛び出すが、電子1個あたりのエネルギーに変化はない。

　これも上記と似ています。光が波でしかないとすれば、振動数が同じでも波の高さを大きくすれば、飛び出す電子の数も増えるでしょうが、同時にそれらの電子の1個辺りのエネルギーも増えると考えるのが自然です。
　光が粒子として働いていると考えれば、振動数が同じで光を強くするということは、同じエネルギーの光子をもっとたくさん出すこととなります。すると、先ほど説明したように、光子1個のエネルギーは変わらないのですから、それが電子1個にぶつかって、電子が飛び出すが、その電子のエネルギーは同じで、しかし、光子の数が多い分、飛び出す電子の数は増えることが上手く説明できます。

　ちなみに、振動数が低すぎるといくら光を強くしても電子が飛び出さないことも、同様の説明になります。

　もちろん、理論をいじくりまわして、波でもそういうことができると説明することは不可能ではないかも知れません。しかし、俗に「オッカムの剃刀」といわれますが、自然科学では、ある現象を説明するのに、いくつか理論があったら、最もシンプルなものを正しいとする習慣になっています。ですので、光量子仮説が採用されたのです。

回答No.2

memorytree

光電効果は、ある一定の波長（エネルギー）にならないと起こらない現象です。

もし、粒子と考えると剛体同士の運動量の交換と考えられるので、ある一定以上のエネルギーが必要とは考えられないためです。

また、原子の電子配置は、軌道により原子と電子のクーロン相互作用が違うために、物質に当てる光が量子的な考え方になります。

お礼

回答ありがとうございます。
何度もすいませんが
・振動数の大きい光を当てると電子１個あたりのエネルギー
は大きくなるが飛び出す電子の数に変化はない。
・強い光を当てるとたくさん電子が飛び出すが、電子1個あ
たりのエネルギーに変化はない。
という事実を光を波であると考えると説明できない理由を教えていただけないでしょうか？

回答No.1

ponman

励起される電子のエネルギーは照射する光の波長に関係し、励起される電子の数は照射する光の強さに関係する。
という事実を波では上手く説明できないから。

お礼

わかりやすい回答ありがとうございます。本当に助かりました。