현대물리학실험 | 광전 효과(h/e Apparatus)

 

 

 

TIP

 

 

빛의 방출에 대한 고전 파동 모델과 양자 모델의 관계를 이해한다.

 

 

 

플랑크의 양자 이론

18세기경 많은 물리학자들은 자연의 이치를 모두 깨달았다고 생각했다. 하지만 이들은 연구를 계속했고 모순적이게도 몇 몇 분야에 대해서는 설명을 할 수 없었다. 19세기경 플랑크는 방사능에 대한 논문을 썼는데 여기서 그는 진동자에 대한 기술을 하였는데 진동자는 불연속적인 에너지로 이루어 져 있다는 내용이었다. 플랑크는 방사선의 흡수와 방출은 두개의 에너지 레벨을 건너 뛰면서 그 차이의 에너지가 방출, 흡수되는것이라 기술하였다. 이 양은 아래와 같다.

E = hυ

이때 h는 플랑크 상수이다. 플랑크 상수의 발견은 그에게 노벨상을 안겨 주었다.

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실험 방법

실험 1

1. 파트 A

① h/e Apparatus를 스펙트럼 선 하나만 mask에 위치하도록 한다. 만약 녹색이나 황색 선을 위치 시킨다면 이에 알맞은 필터를 사용하도록 하자.

 

② 다양한 매개 필터를 마스크 앞에 장착하여 100%의 집광력을 가지도록 한 후 이때의 전압을 기록한다.

 

③ 방전 버튼을 눌러서 측정된 전압으로 돌아가는데 어느정도의 시간이 걸리는지 관측한다.

 

④ 매개 필터를 움직여서 다음 부분이 입사광에 수평이 되게 한다. 전압을 기록한 후 다시 충전되는데 걸리는 시간을 관측한다.

 

⑤ 위 세 단계를 필터를 교체 가면서 실험하고 광원 또한 바꾸어 본다.

Color #1 yellow	%Transmission	Stopping Potential	Approx. Charge Time
	100	0.65	5.22
	80	0.66	7.81
	60	0.65	12.94
	40	0.64	17.2
	20	0.59	15.83
Color #2 violet	%Transmission	Stopping Potential	Approx. Charge Time
	100	1.35	4.62
	80	1.33	6.18
	60	1.31	8.31
	40	1.28	10.13
	20	1.23	14.94

 

파트 B

① 수은등으로부터 다섯개의 색을 쉽게 구분 할 수 있는데 h/e Apparatus를 조정하여 마스크에 노랑색의 빛만 비취도록 한 후 노랑색 필터를 장착한다.

 

② 아래 표에 전압을 기록한다.

Light Color	Stopping Potential
Yellow	0.7
Green	0.56
Blue	0.5
Violet	1.1
Ultraviolet	1.32

 

③ 각각의 색에 대해 실험을 한다 (녹색 빛 사용시 녹색필터 사용)

 

실험 2

1. 수은등의 두 스펙트럼에서 다섯개의 색을 관측 할 수 있는데 h/e Apparatus를 첫째 스펙트럼(밝은)의 한가지의 색만 마스크에 위치하도록 조정한다.

 

2. 첫째 스펙트럼의 각기 다른 색에서 전압계를 이용하여 정지 포텐셜을 측정한다. 노랑/초록색의 실험을 할 때에는 알맞은 필터를 사용하자.

 

3. 두번째 스펙트럼에서 같은 과정을 반복하자

 

First Order Color	Wavelength ㎚	Frequency× Hz	Stopping Potential volts
Yellow	578	5.18672	0.57
Green	5456.074	5.48996	0.698
Blue	435.835	6.87858	1.092
Violet	404.656	7.40858	1.375
Ultraviolet	365.483	8.20264	1.693
Second Order Color	Wavelength ㎚	Frequency× Hz	Stopping Potential volts
Yellow	578	5.18672	0.279
Green	5456.074	5.48996	0.196
Blue	435.835	6.87858	0.712
Violet	404.656	7.40858	0.625
Ultraviolet	365.483	8.20264	0.81

 

 

 

[현대물리학실험]광전 효과(h/e Apparatus) 레포트