현대물리학실험 | 광전효과를 이용한 Planck 상수 측정

 

 

 

TIP

 

 

광전관에 여러 가지 파장의 빛을 조사하고 각각의 경우에 저지 전압을 측정함으로써 Planck 상수를 구한다.

 

 

 

광전 효과

1900년 플랑크는 복사에너지가 띄엄띄엄 떨어진 에너지값을 갖는 덩어리, 즉 광(양)자의 형식으로만 존재할 수 있다고 발표했다. 그로부터 5년 후인 1905년 아인슈타인(A. Einstein)이 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 금속표면에 파장이 짧은 빛을 조사하면 그 금속면으로부터 전자(광전자)가 튀어나오는 현상을 설명하기 위해서는 공간을 자유롭게 날아다니는 광자의 존재가 필요하다는 이론을 발표했다.

 

광전효과를 이해하기 위해서는 빛의 본성이 파동이라는 종래의 고정된 사고에서 벗어나 빛도 전자와 마찬가지로 일정한 에너지를 가지고 있으며, 셀 수 있는 입자라고 생각해야 한다. 그러나 이 입자는 뉴톤 이론을 따르는 질점같은 입자가 아니라 진동수에 비례하는 에너지 입자(광자)라는 것이다. 따라서 금속내부에 존재하는 전자를 방출시키기 위해서는 필요하며 이 에너지원이 빛이다. 그러나 빛의 진동수가 낮으면(에너지가 낮다) 전자를 방출시킬 수 없으며, 빛의 세기(빛의 입자수)에 관계없이 전자가 방출되지 않는 것은 전자가 1개의 광자(빛 입자밖에 흡수하지 않기 때문이다. 따라서 진동수가 큰(에너지가 크다) 빛의 입자는 금속내의 전자를 여기시키는데 사용되고 나머지는 전자(광전자)의 운동에너지로 나타난다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) plank 상수 측정 장치를 그림 1와 같이 장치한다.

그림 1 실험 장비의 설치도

 

2) 파장이 알려진 색 셀로이드의 slit를 장치하고 빛을 조사한다.

 

3) Coarse, Fine 스위치를 조절하여 검류계의 눈금이 zero가 되게 하고 이 때의 전압을 기록한다.

 

4) 파장이 다른 slit으로 바꾸고 위의 과정을 반복한다.

 

5) 측정된 저지전압과 Filter 진동수 사이의 graph를 그려서 그 기울기로써 plank 상수를 구해 내거나 Einstein의 광전 효과 방정식을 이용하여 plank 상수를 계산한다.

 

 

 

[현대물리학실험]광전효과를 이용한 Planck 상수 측정 레포트