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현대물리학 실험 - 광전효과(Photoelectric effect)
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현대물리학 실험 - 광전효과(Photoelectric effect)
1. 관련 개념
광자, Planck 상수,EINSTEIN 광전방정식, 고전 및 양자 파동론
2. 실험목적
빛에 의해 들뜬 전자들의 에너지와 빛과의 관계를 알아 보고 Planck 상수 h와 전자의 전하 e와의 비를 구해본다.
3. 준비물
광원, 렌즈, 광전관(또는 광전 다이오드),전압계(0-3V),전지등.
4.예습내용
① 고전파동이론
② 양자파동이론
③ Einstein 광전방정식
5.이 론
광전효과 실험을 위한 초기의 실험장치의 개략도는 그림 1과 같다. 금속판(예를 들면 구리판)에 어떤 진동수의 빛이 쪼여지면 광음극에서 전자가 튀어나와 양극전위에 의해 끌려가면 전류계 A에 전류로서 나타난다.약극전위를 점점 낮게 하면 어떤 전위값에서 전류가 영이 되게된다. 그 전위를 VSTOP 이라한다면 가장 에너지가 높은 음극의 전자가 양극까지 끌려 오기위한 양극전위의 최소값이 VSTOP 이라는 뜻이 된다. 그대 그 전자의 최대에너지는
E =eVSTOP
이 된다. 실험에 의하면 빛의 진동수를 일정하게 하고 세기만 증가시켰을 때 에너지 E는 일정한 반면, 진동수를 증가시키면 (파장을 짧게 하면) 에너지 E가 증가한다는 것이 밝혀졌다.
이런 효과를 설명하기 위해 아인슈타인은 빛이 광자라 하는 전자 에너지의 덩어리형태로 구성되어 있다고 가정하였다. 이 광자가 금속표면을 때릴 때 전자와 상호작용하여 전자를 튕겨 이온 내게 된다. 도체에 관한 Sommerfeld 모형에 의하면 고정된 야이온 영역과 자유전자들로 구성되어있다. 양이온들은 펴텐셜 우물을 만들고 그 속에 자유전자들을 가두게 된다. 그 같힌 전자들의 에너지는 0에서부터 Fermi에너지라고 하는 Ef 까지의 값을 갖는다. 금속표면에서 전자를 튕겨내기 위한 최소의 일은 W- Ef 가 되는데 이것을 일함수라 하며 로 나타난다. 여기서 W는 우물의 깊이가 된다.
그림1. 광전효과 실험장치
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2014.05.23
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