2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Experimental Apparatus for Measuring Work Functions Using a Hollow-cathode lamp
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16K00951
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| Research Institution | Saitama University |
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Principal Investigator |
大向 隆三 埼玉大学, 教育学部, 教授 (40359089)
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2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 光電効果 / 仕事関数 / カリウム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は大学や高校の授業で利用できる光電効果の実験教材開発を目的に、原子吸光分析に用いられる中空陰極ランプ（HCL）を光電管として利用した仕事関数測定法を新たに提案し、実験教材への活用を目指して研究を進めてきた。今までにCs陰極のHCLを用いて、単色光をその陰極へ照射し、入射光波長に対する光電効果信号の強度変化からCsの仕事関数が求められることを明らかにした。今回はこの測定法の汎用性を確かめるために、異なる陰極元素のHCLに換えて同様の実験を行い、その陰極元素の仕事関数を再現性良く求められるかどうか確かめた。
ハロゲンランプからの光を狭帯域フィルター（透過率の半値全幅10 nm）に通して単色化し、それをHCLの陰極へ照射した。この陰極は主にK原子でできている。なるべく強い光を照射できるよう光学系を工夫した。入射光波長を10 nm ずつ変えながら、HCL電極間のインピーダンス変化を、高感度に検出した。HCLの印加電圧は200Vから600Vまで変化させた。各電圧において、照射光波長の逆数を横軸に、光電効果信号電圧の平方根の値を縦軸にとり、グラフ化した。ここで得られるグラフは理論的に一次関数となることが知られており、その傾きと切片の値から限界波長の値を求めた。実際、実験データは予想通りグラフで直線にのっていることを確認できた。さらに実験データと一次関数のグラフとのフィッティングにより傾きと切片を求め、それらの値からKの限界波長を算出すると614±69 nm となった。この値は既に報告されたKの限界波長（542 nm）よりも大きな値であった。このことはCsのときと同様であり、陰極に含まれる他の元素の影響と考えられる。しかし誤差の範囲を含めると近い値が得られており、本手法の再現性を確認できた。
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