実験パラメータ
—
理論・主要公式
$$K_{max} = hf - \phi$$
$h = 6.626 \times 10^{-34}$ J·s（プランク定数）
$f$: 光の振動数(Hz), $\phi$: 仕事関数(J), $K_{max}$: 最大運動エネルギー(J)
閾値振動数: $f_0 = \phi/h$（これ以下では電子は出ない）
停止電圧と光電流
停止電圧: $eV_s = K_{max} = hf - \phi$
光電流は光子数（光の強度）に比例するが、電子の最大速度（$K_{max}$）は振動数のみに依存
$\lambda = c/f$（波長）, 可視光: 380〜700 nm
光電効果シミュレーターの物理モデルでは、光を粒子（光子）として扱うアインシュタインの量子仮説に基づく。光子のエネルギーは振動数νに比例し、\(E = h\nu\)（hはプランク定数）で与えられる。金属表面から電子を放出するために必要な最小エネルギーを仕事関数Wとすると、光電子の最大運動エネルギー\(K_{\text{max}}\)は\(K_{\text{max}} = h\nu - W\)で表される。この式は、振動数が閾値\(\nu_0 = W/h\)を超えた場合のみ光電子が放出されることを示し、古典論では説明できない。シミュレーターでは、スライダーでνとWを調整し、\(K_{\text{max}}\)から停止電圧\(V_s = K_{\text{max}} / e\)（eは電子の電荷）を計算する。また、光子数（光強度）に比例して光電流が増加するが、これは\(K_{\text{max}}\)に影響しない。これにより、光の粒子性とエネルギー量子化の本質を直感的に理解できる。
$K_{max} = hf - \phi$
産業での実際の使用例
光電効果は太陽光発電パネル（例：シリコン系・化合物系太陽電池）の基本原理です。また、光電子増倍管を用いた半導体製造装置の異物検査や、医療用X線撮影装置（フラットパネルディテクタ）の光電変換層にも応用されています。さらに、光電効果を利用した紫外線センサーは、火災報知器や環境モニタリング機器に組み込まれています。
研究・教育での活用
本シミュレーターは、量子力学の入門教育でアインシュタインの光量子仮説を直感的に理解する教材として活用されます。研究者は、仕事関数や光電子エネルギーと材料特性の関係を可視化し、新規光電材料の設計指針を得るための予備検討に利用できます。
CAE解析との連携や実務での位置付け
CAEシミュレーターとして、光電効果のパラメータ（振動数・光子数・仕事関数）と出力（光電子エネルギー・停止電圧・光電流）の因果関係をリアルタイム解析。実機実験の前に理論限界を確認する設計検証ツールとして位置づけられ、実験計画の最適化やコスト削減に貢献します。
「光の強度（光子数）を上げれば光電子のエネルギーも大きくなる」と思いがちですが、実際には光電子1個あたりの運動エネルギーは光の振動数（周波数）と仕事関数の差で決まり、強度を上げてもエネルギーは増えず、飛び出す光電子の数（光電流）が増えるだけです。この点は古典電磁気学の直感と真逆なので注意が必要です。
「仕事関数より低い振動数の光でも、長時間照射すればいつか電子が飛び出す」と思いがちですが、実際には振動数が閾値以下であれば光をどれだけ当て続けても光電子は1つも放出されません。これは光がエネルギーの粒（光子）として振る舞い、1個の光子のエネルギーが仕事関数を超えなければ電子を叩き出せないという量子論の核心です。
「停止電圧は光の強度に比例する」と誤解しがちですが、実際には停止電圧は光電子の最大運動エネルギーを打ち消す電圧であり、光の振動数にのみ依存し、強度には無関係です。スライダーで光子数を変えても停止電圧の値が変わらないことを確認し、古典論との違いを実感してください。