ア:光子1個のエネルギー $E = h\nu = hc/\lambda$
イ:仕事関数 $W$(金属から電子を取り出す最小エネルギー)
ウ:限界振動数 $\nu_0$($\nu < \nu_0$ では光電子は出ない)
エ:光電効果の式 $K_0 = h\nu - W$
オ:$K_0 = eV_0$(阻止電圧との関係)
光電効果の基本3式:$E = h\nu$, $K_0 = h\nu - W$, $K_0 = eV_0$。
光子1個のエネルギー:
$$E_1 = \frac{hc}{\lambda} = \frac{6.6 \times 10^{-34} \times 3.0 \times 10^8}{4.2 \times 10^{-7}} = 4.7 \times 10^{-19} \text{ J}$$1秒間に到達する光子数($P = 1.0$ mW = $1.0 \times 10^{-3}$ W):
$$n = \frac{P}{E_1} = \frac{1.0 \times 10^{-3}}{4.7 \times 10^{-19}} \fallingdotseq 2.1 \times 10^{15}$$$I = ne$ として:
$$I = 2.1 \times 10^{15} \times 1.6 \times 10^{-19} \fallingdotseq 3.4 \times 10^{-4} \text{ A}$$飽和電流 $I = ne$ で、$n$ は毎秒の光電子数 = 毎秒の光子数(量子効率100%の場合)。
赤色の光は紫色の光より波長が長く、1個の光子のエネルギー $h\nu = hc/\lambda$ が小さい。このエネルギーが金属の仕事関数 $W$ より小さい場合、いくら強い光を当てても光電子は飛び出さない。光電効果は光子1個と電子1個の相互作用であり、光の強度(光子の数)を増しても1個あたりのエネルギーは変わらないからである。
摩擦がある場合は力学的エネルギーの一部が熱エネルギーに変わりますが、全エネルギー(力学的+熱)は保存されます。
光電効果は光子1個のエネルギーで決まる。光の強さ(個数)は無関係。これが波動説では説明できない点。