物理/原子と原子核・電子
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「6.2 原子と原子核・電子 」
この節は下記のウィキブックスで学習のこと。
このテキストでは若干の補足をするにとどめる。
高等学校物理/物理II/原子と原子核（ウィキブックス）
補足
電子の発見と電子の電荷と質量
発見の端緒
原子はそれ以上分割できないと信じられていたが、1897年、トムソンは陰極線の特性を調べる過程で、原子に電子という粒子が含まれていると結論づけた。
トムソンの実験
電子の比電荷の測定
電荷の最小単位、電気素量の測定
電子ボルト
電子に１ボルトの電圧をかけたとき、電子に与えられる運動エネルギーを、１電子ボルトという。
電子ボルトというエネルギー単位を eV で表わす。
$1eV = 1.60 \times 10^{-19}J$
光電効果と仕事関数への補足
金属(結晶)中の自由電子は結晶表面から外部に出られないよう、ポテンシャル(電位)障壁で拘束されている。
物質中の電子は原子核からの引力で束縛され、通常は外部に飛び出せない。
外に出るには、この束縛を切るためのエネルギーが必要。
物質中の電子は熱運動というランダム運動をしていて、
各電子のエネルギー(運動エネルギー＋電気的ポテンシャルエネルギー)はいろいろな値をとる。
そのエネルギーが、ある値より大きくなる(＝ポテンシャル障壁を超える）と、外部に飛び出る（光電子という)。
従って結晶中の電子の中で最もエネルギーの高い電子（自由電子の一つ)が、最も光電子になりやすい。
すなわちこの電子が限界周波数$\nu_0$（光電子を放出させる最低周波数)の光(光子)にあたると
そのエネルギー全て($E=h\nu_0$)を吸収して最初に外部にでる（運動エネルギーはゼロの光電子になる）。
$W\triangleq h\nu_0$ は、もっとも光電子になりやすい電子が、外部に出るのに消費するエネルギーである。
この値 Wは仕事関数と呼ばれる。
振動数$\nu (\geq \nu_0)$の光を受けて外部にでる光電子のエネルギー（運動エネルギー)は、
光子から受け取ったエネルギー$h\nu$から、障壁を超えるために使ったエネルギー（$\geq W$,各電子によって異なる)を引いた値になる。
この時光電子の中の最大のエネルギーは$h\nu - W$である。
限界周波数より大きい周波数$\nu$ の光(エネルギー$h\nu $)をうけて発生する光電子のなかで
最も大きな（運動)エネルギーを持つものは、障壁を超えるのにエネルギーを最も使わない光子である。
従ってこの光子は、$h\nu - W$ の運動エネルギーを持つ。
電子と光の粒子性と波動性
光の二重性
- ウィキペディア（光） の、2.1 光の波動性 、2.2 光の粒子性 、2.3 粒子説と波動説 を参照のこと
電子と光の粒子と波動の二重性
Ｘ線
結晶によるＸ線の反射
Ｘ線を波だと仮定すると、結晶は原子が格子状に規則的にならぶので、Ｘ線を結晶にあてて反射させると、回折格子として働くことが予想される。ブラッグは反射されたＸ線が強めあう条件を求め、実験でＸ線が波動であることを確かめた。
$ 2d\sin\theta=n\lambda $ はブラッグ反射の条件という。
Ｘ線の波長とｄはほぼ等しいので、このブラッグ反射条件を用いて、結晶面間の距離ｄを正確に測定でき、結晶構造や原子の構造をしらべることが出来る。
水素原子のボーア模型
量子力学について
電子の干渉、波動関数、不確定性原理
