[현대물리학실험]광전효과를 이용한 Planck 상수 측정

소개

"[현대물리학실험]광전효과를 이용한 Planck 상수 측정"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 토의 사항

본문내용

1. 실험 목적
1.1. 광전관에 여러 가지 파장의 빛을 조사하고 각각의 경우에 저지 전압을 측정함으로써 Planck 상수를 구한다.

2. 실험 이론 및 원리
2.1. 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.
금속면으로부터 광전자 방출에 관한 실험은 1888년 홀와쉬에 의해 처음으로 발견됐으나, 1916년 밀리컨의 체계적인 실험에 의해 아인슈타인의 이론이 확인되었다. 광전효과는 콤프톤 효과와 더불어 빛의 입자성을 증명한 중요한 증거실험으로 많이 인용되고 있다.
전자기 복사가 금속 내의 전자에 작용하여 전자의 운동 에너지를 증가시키는 것은 놀라운 일이 아니다. 금속 내의 전자는 약하게 구속되어 있으므로 빛이 전자에 탈출할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 줄 수 있을 것이라 기대할 수 있다. 이 때 방출된 전자를 광전자라 부른다. 전자가 물질을 탈출할 수 있도록 하는 최소의 여분의 운동 에너지를 일함수 Φ라 부른다. 일함수는 전자가 물질에 구속되는 결합 에너지 중 최소 결합 에너지이다. 알칼리 금속은 다른 금속보다 일함수가 작다.

참고자료

· 없음