현대물리 실험 (사전) 광전효과

목차

1. 실험목적

2. 실험이론
1) 빛의 특성
2) 광전효과(photoelectric effect)
2.1) 광전효과의 발견
2.2) 아인슈타인의 해석
2.3) 광전효과를 이용한 플랑크 상수의 측정
3) 플랑크 상수
3.1) 플랑크에 의한 물리 상수의 발견
3.2) 아인슈타인의 평가
3.3) 플랑크 상수의 의의

3. 실험장치

4. 실험 방법

본문내용

1. 실험목적
- 광전효과를 실험적으로 확인한다. 빛의 파장에 따른 광전자의 운동에너지를 측정하여 플랑크 상수 h를 결정한다. 빛의 세기와 광전자의 운동에너지는 무관함을 보인다.

2. 실험이론

광전효과 실험은 자연계의 매우 중요한 기본 상수의 하나인 플랑크 상수를 직접적으로 측정하게 할 뿐 만 아니라 금속의 일함수를 측정케 하여 금속의 물리적 성질을 규명하는데 도움을 준다. 본 실험에서는 이 두 값을 수 % 정도 이내의 오차로 측정할 수 있도록 광전관(photo cathod tube; photodiode라고 할 수도 있음)에 비추는 빛의 진동수를 회절격자를 이용하여 변화 시킨다.

< 저지전압 측정방법 >
저지전압을 앞 실험에서처럼 흐르는 역전압을 가변 시켜서 전류값이 0이 되는 역전압의 값으로 결정할 수도 있으나 앞의 예에서 보는 것처럼 정확하게 측정하는 것이 어렵다. 색다른 방법으로서 저지전압을 바로 결정할 수 잇는 방법을 제시한다.
앞의 그림 1에서 양극(anode)과 음극(cathod)의 외부에 아무런 회로를 연결하지 않는 상황을 생각하자. 빛(광자)이 계속 비추어지면 양그의 금속에서 광전자가 운동에너지를 가지고 방출 될 것이다. 방출된 광전자는 맞은 편에 있는 음극으로 모이게 되어 음으로 대전될 것이고 양극은 전자가 빠져 나가는 것 때문에 양으로 대전이 될 것이다. 대전되는 전하량은 빛이 계속 비추어짐에 따라 점점 많아지게 되어 음극을 저전위로 하여 음극, 양극 사이에 전위가 형성된다. 이렇게 형성된 전압(일종의 역전압)이 저지전압 값에 이르게 되면 드디어 광전자는 음극에 더 이상 도달하지 못하는 평형상태에 도달하게 된다. 이때 양극과 음극은 축전기의 역할을 하는 것으로 이해할 수 있다.
이렇게 평형상태가 형성되었을 때의 음극-양극간의 전압을 측정하면 이론적으로는 저지전압이 측정된다고 할 수 있을 것이다. 그러나 실제에 있어서 통상의 전압계는 고급형이라도 수 MΩ 정도의 내부저항을 가지고 있어 이를 음극-양극간에 연결시켜 놓는 다면 미소하게 이동하는 광전자가 전압계를 통하여 흘러버려 평형상태에 결코 도달하지를 못할 것이고, 평형상태에 이른 후에 전압계를 안결한다 해도 순식간에 평형상태가 께어져서 정확한 측정이 불가능하다.

참고자료

· http://nsl.donga.ac.kr-Photoelectric Effect
· 양자역학 / 1993 / Richard L. Liboff 저 / 나상균 역 / 피어슨 에듀케이션 코리아
· 물리상수는 어떻게 생겨났을까 / 1997 / 샤이죠 토시미 저 / 김재영 역 / 아카데미서적