光のエネルギー（光量子仮説）
こちらのページでは高校物理における
・光のエネルギー（アインシュタインの光量子仮説）
・光電効果と光量子仮説
・光電効果のグラフ
について解説しています。
光のエネルギー（アインシュタインの光量子仮説）
光にはエネルギーがあり、そのエネルギーには大きさがあります。
このことを説明するために、光は波の性質と粒子としての性質の両方の性質を持つという仮説を
理解する必要があります。
以前は光は波の性質だけを持つと考えられていました。
しかし、波の性質だけでは説明がつかない事柄があり、光は粒子としての性質も持つという
仮説が立てられたのです。
この仮説のことをアインシュタインの光量子仮説と呼び、具体的には以下の通りです。
光を粒子として考え、光の粒子（光子）1個が持つエネルギーが E = hν = hc/λ で表されます。
つまり、振動数が大きい、波長が短いほど、エネルギーが大きくなります。
光電効果と光量子仮説
光量子仮説を解説しましたところで、次に光電効果について解説します。
突然ですが、コップに水が満タンに入っていることをイメージしてください。
満タンのコップに水をさらに加えると水がこぼれますよね。
光電効果とは、この状況を金属に照射される光と電子の関係に置き換えたものと言え、
下のイメージ図をご参照ください。
具体的には光電効果とは、
「金属に一定以上のエネルギーを持つ光を当てると金属内部の電子が外部に飛び出す現象」
と言えます。
ここで、金属内部から飛び出す電子のことを光電子と呼びます。
また、上に書きましたように一定以上の光のエネルギーのこと、
つまり電子が飛び出すために必要最低限のエネルギーのことを仕事関数と呼びます。
仕事関数は物質によって値が異なります。
光電効果のグラフ
光電効果における、金属に照射される光のエネルギーと仕事関数、飛び出す電子の運動エネルギーには
1/2mv^2 = hν - W という関係があります。
この式を縦軸に運動エネルギー、横軸に光のエネルギーhνを取ったグラフにすると以下のようになります。
また、仕事関数と一致する時の電子が飛び出す最小の光のエネルギーを取る時の
光の振動数のことを、限界振動数と呼び、ν0で表されます。
（※大学課程における電気化学（特に電池反応等）において、金属の電子状態を考えるときに
フェルミ準位という言葉が出てきます。このフェルミ準位と光電効果には似たような関係があります。
興味がある方はこちらを参考にしてみてくださいね）
光のエネルギー 関連ページ
- SI単位
- 密度とは？比重とは？密度と比重の違いは？【演習問題】
- ミリ、ミクロン、ナノ、ピコとは？SI接頭語と変換方法【演習問題】
- 電位とは何？電位の定義は？
- 電気と電荷、静電気力
- 電流と電荷（I=Q/t）、電流と電子の関係
- コンデンサーと交流
- 電圧とは何か？電圧のイメージ、電流と電圧の関係（オームの法則）
- 直列回路における合成抵抗の導出と計算方法【演習問題】
- 並列回路における合成抵抗の導出と計算方法【演習問題】
- 合成抵抗2（直列と並列が混ざった回路）
- 電力と電力量の違いは？消費電力kWと消費電力量kWhとの関係 WとWhの変換（換算方法） ジュール熱の計算方法
- ジュール熱とは？ジュール熱の計算問題を解いてみよう【演習問題】
- 水の温度上昇とジュールの関係は？計算問題を解いてみよう【演習問題】
- コンデンサーの容量の計算式と導出方法【静電容量と電圧・電荷の関係式】
- コンデンサーを直列接続したときの静電容量の計算方法【演習問題】
- コンデンサーを並列接続したときの静電容量の計算方法【演習問題】
- コンデンサーのエネルギーが1/2CV^2である理由 静電エネルギーの計算問題をといてみよう
- 磁場とは何か？
- 電流と磁場の関係（電流がつくる磁場）
- 電流が磁場から受ける力（フレミング左手の法則）
- ローレンツ力
- 電磁誘導とレンツの法則
- ファラデーの電磁誘導の法則
- 各種電磁誘導の問題の演習
- 磁束と磁束密度の定義・違いは？
- 相互誘導と自己誘導（相互インダクタンスと自己インダクタンス）
- コイルを含む回路、コイルが蓄えるエネルギー
- 直流と交流、交流の基礎知識 実効値と最大値が√2倍の関係である理由は？
- 抵抗、コンデンサーと交流抵抗、コンデンサーと交流
- コイルと交流、交流のまとめ
- 物質波とブラッグ反射（ブラッグの式）
- 気体分子運動論とは？
- 気体分子運動論とボルツマン定数
- 電流の定義のI=envsを導出する方法
- 角速度（角周波数）とは何か？角速度（角周波数）の公式と計算方法 周期との関係【演習問題】
- クーロンの法則 導出と計算問題を問いてみよう【演習問題】
- 電気回路に短絡している部分が含まれる時の合成抵抗の計算
- 角速度（角周波数）とは何か？角速度（角周波数）の公式と計算方法 周期との関係【演習問題】(コピー)
- 自由落下（自然落下）における速度は？ 計算問題を解いてみよう【演習問題】
- ばね定数の公式や計算方法（求め方）・単位は？ばね定数が大きいほど伸びにくいのか？直列・並列時のばね定数の合成方法
- 距離（位置）、速度、加速度の変換方法は？計算問題を問いてみよう
- 静止摩擦係数と動摩擦係数の求め方 静止摩擦力と動摩擦力の計算問題を解いてみよう【演習問題】
- 電流計は直列につなぎ、電圧計は並列につなぐのはなぜか 電流計・電圧計の使い方と注意点
- 抵抗が3つ以上の並列回路、直列回路の合成抵抗 計算問題をといてみよう
- 単振動における変位・速度・加速度を表す公式と計算方法【sin・cos】
- ホイートストンブリッジにおける計算問題を解いてみよう【ブリッジ回路の解き方】
- メートルブリッジの計算問題を解いてみよう【ブリッジ回路の解き方】
- 単振動における運動方程式と周期の求め方【計算方法】
- 単振動におけるエネルギーとエネルギー保存則 計算問題を解いてみよう
- v-tグラフ（速度と時間の関係式）から変位・加速度を計算する方法【面積と傾きの求め方】
- 相対速度とは？相対速度の計算問題を解いてみよう【船、雨、0となるときのみかけの速度】
- ロケットなどで2物体が分裂・合体する際の速度の計算【運動量保存と相対速度】
- キルヒホッフの電流則（キルヒホッフの第一法則）とは？計算問題を解いてみよう
- 単振り子における運動方程式や周期の求め方【単振動と振り子】