Biophysics · 04.05

光電効果

The photoelectric effect

🧠 光電効果photoelectric effect光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果）は、物質が光子を吸収して電子を放出する現象で、エネルギー量子化energy quantizationエネルギー量子化（energy quantization）energy quantization（エネルギー量子化）を示す。

光子吸収と電子放出

1光子のエネルギーが仕事関数work function仕事関数（work function）work function（仕事関数）を超えると電子が放出され、余剰エネルギーが最大運動エネルギーkinetic energy運動エネルギー（kinetic energy）kinetic energy（運動エネルギー）になる。

flowchart TD
  A["光子吸収"]
  B["<span class='jp-term jp-term-diagram' title='work function'>仕事関数</span>を克服"]
  C["電子が<span class='jp-term jp-term-diagram' title='kinetic energy'>運動エネルギー</span>をもって放出"]
  A --> B
  B --> C

アインシュタインの光電方程式

K_{\max}=hf-W,\qquad eV_{\mathrm{stop}}=K_{\max}

強度intensity強度（intensity）intensity（強度）は主に放出電子数、周波数は各電子の最大エネルギーを決める。

強度と周波数の役割

閾周波数threshold frequency閾周波数（threshold frequency）threshold frequency（閾周波数）と阻止電位stopping potential阻止電位（stopping potential）stopping potential（阻止電位）は、光のエネルギー交換を光子で記述する必要性を示す。一方、光の波としての広がりは回折に現れる。

閾周波数threshold frequency閾周波数（threshold frequency）threshold frequency（閾周波数）以下では強度を上げても放出されない。
放出は古典波のエネルギー蓄積を待たず即時。
阻止電位stopping potential阻止電位（stopping potential）stopping potential（阻止電位）から $K_{\max}$ を測れる。

医学・測定への応用

光電子増倍管photomultiplier光電子増倍管（photomultiplier）photomultiplier（光電子増倍管）、光電検出器photoelectric detector光電検出器（photoelectric detector）photoelectric detector（光電検出器）、X線吸収に関係する。

まとめ

光電効果photoelectric effect光電効果（photoelectric effect）photoelectric effect（光電効果）は、物質が光子を吸収して電子を放出する現象で、エネルギー量子化energy quantizationエネルギー量子化（energy quantization）energy quantization（エネルギー量子化）を示す。
閾周波数threshold frequency閾周波数（threshold frequency）threshold frequency（閾周波数）以下では強度を上げても放出されない。
光電子増倍管photomultiplier光電子増倍管（photomultiplier）photomultiplier（光電子増倍管）、光電検出器photoelectric detector光電検出器（photoelectric detector）photoelectric detector（光電検出器）、X線吸収に関係する。