電験3種過去問【2020年理論 問12】

【電気計測】箔検電器に関する知識《正誤問題》

 まず、箔検電器の上部アルミニウム電極に電荷Q[C]を与えたところ、箔が開いた状態になった。次に、箔検電器の上部電極に赤外光、可視光、紫外光の順に光を照射したところ、紫外光を照射したときに箔が閉じた。ただし、赤外光、可視光、紫外光の強度はいずれも上部電極の温度をほとんど上昇させない程度であった。
 この実験から分かることとして、正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。 

(1)電荷Qは正電荷であった可能性も負電荷であった可能性もある。
(2)紫外光が特定の強度よりも弱いときは箔はまったく閉じなくなる。
(3)赤外光を照射したとき上部電極に熱電子が吸収された。
(4)可視光を照射したとき上部電極の電気抵抗が大幅に低下した。
(5)紫外光を照射したとき上部電極から光電子が放出された。

解答と解説はこちら

解答

(5)

解説

 箔検電器とは、静電誘導の現象を用いて、物体の帯電の正負やその程度を調べることができるもの。

(1)光電効果により、上部アルミ電極から光電子が放出されている。箔が閉じたということは、Qは負電荷であったことが分かる。もし、Qが正電荷であれば、電子が放出され更に正電荷が強まり、箔は更に広がる。

(2)紫外光の強度を変化させる等の、実験は行われていない。

(3)赤外光を照射したとき、箔は変化していないので、電子の吸収も放出も行われていない。

(4)可視光を照射したとき、箔は変化していないので、電気抵抗の低下があったかどうかはわからない。

(5)光のエネルギーによって物質内から電子が飛び出す現象を光電効果という。アルミニウムは紫外光のエネルギーを与えると(赤外光や可視光は紫外光よりエネルギーが少ない)、光電効果が発生する。電子の放出で箔が閉じたことから、この箔検電器には負電荷が帯電していたことが分かる。