光電効果計算ツールとは？
このツールは、アインシュタインの光電効果の式を用いて、ある振動数の光が金属表面に当たったときに飛び出す電子の最大運動エネルギーを求めます。基礎物理定数にもとづく普遍的な計算ツールなので、国や地域を問わずどこでも同じように使えます。
使い方
入射光の振動数を ×10¹⁴ Hz 単位で入力します（可視光はおおよそ 4〜7.5 ×10¹⁴ Hz の範囲です）。続いて金属の仕事関数 \(\Phi\) を電子ボルト（eV）で入力してください。計算ツールは、光子エネルギー・電子の最大運動エネルギー・限界振動数、そして電子が放出されるかどうかを返します。
計算式の解説
基礎となる式は $$KE_{max} = h \cdot f - \Phi$$ です。ここで \(h\) はプランク定数（\(6.626 \times 10^{-34}\ \text{J}\cdot\text{s}\)）、\(f\) は光の振動数、\(\Phi\) は仕事関数を表します。1個の光子は \(E = h \cdot f\) のエネルギーを持ちます。このエネルギーが \(\Phi\) を上回れば、その余剰分が電子の運動エネルギーになります。逆に \(\Phi\) に満たなければ電子は飛び出しません。限界振動数は \(f_0 = \Phi / h\) で求められます。
計算例
\(f = 10 \times 10^{14}\ \text{Hz}\)（\(1.0 \times 10^{15}\ \text{Hz}\)）、\(\Phi = 2.3\ \text{eV}\) の場合を考えます。光子エネルギー $$= \frac{h \cdot f}{e} = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 1.0 \times 10^{15}}{1.602 \times 10^{-19}} \approx 4.136\ \text{eV}$$ したがって $$KE_{max} = 4.136 - 2.3 \approx 1.836\ \text{eV}$$ となります。限界振動数は $$f_0 = \frac{2.3 \times 1.602 \times 10^{-19}}{6.626 \times 10^{-34}} \approx 5.56 \times 10^{14}\ \text{Hz}$$ です。光子エネルギーが仕事関数を上回っているため、電子は放出されます。
よくある質問（FAQ）
光子エネルギーが仕事関数より小さい場合はどうなりますか？ 電子は飛び出しません。\(KE_{max}\) は 0 と表示され、「電子は放出される？」の欄には「いいえ」が表示されます。
なぜ振動数は ×10¹⁴ Hz 単位なのですか？ 可視光やその近傍の光の振動数は 10¹⁴ Hz 前後にあります。この単位を使うことで、入力する数値が扱いやすい大きさになります。
光の強さ（強度）は関係しますか？ 強度は飛び出す電子の「数」に影響するだけで、最大運動エネルギーには関係しません。\(KE_{max}\) を決めるのは振動数と仕事関数のみです。
