고급물리실험 - 광전효과

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목차

Ⅰ. 실험목적
Ⅱ. 실험원리
Ⅲ. 실험기구 및 재료
Ⅳ. 실험방법
Ⅴ. 측정값
Ⅵ. 실험결과
Ⅶ. 논의
Ⅷ. 결론
Ⅸ. 참고문헌 및 출처

본문내용

Ⅰ. 실험목적
- 광전효과에 대해 이해한다.
- 과거의 빛에 대한 이론 (빛의 파동모델)과 현재의 빛에 관한 이론(빛의 양자모델)을 비교하
고 그 차이를 이해한 후 플랑크 상수를 구해본다.
- 에너지와 파장과 주파수 사이의 상관관계를 이해한다.

Ⅱ. 실험원리
<흑체 복사>
- 표면에 입사하는 전자기파를 반사 없이 완전히 흡수하였다가 재방출하는 이상적인 물체를 흑체라고 한다. 흑체를 가열하여 온도를 올리면 받은 만큼의 에너지를 모두 전자기파의 형태로 방출한다. 모든 물체는 표면으로부터 열복사선을 통해 에너지를 방출하고 이러한 에너지는 전자기파에 의해 운반되며 전자기파의 파장은 물체의 온도에 의존한다. 흑체 복사에서 복사선 세기 분포에서 최고점은 온도가 증가함에 따라 높은 진동수로 이동한다. 임의의 온도로 가열된 물체의 경우 극한적으로 높은 진동수에서 복사선의 세기는 0으로 떨어진다.

<그림1 – 흑체 복사 (출처 : doopedia)> <그림2 – 흑체복사 실험 그래프(출처 : wikipedia)>

<플랑크의 양자가설, 광자>
- 막스 플랑크는 흑체 복사의 실험 결과를 설명하기 위해 몇 가지 양자에 관한 가설을 세운다. “어떠한 계의 에너지는 불연속적인 값을 가진다” , “양자화 된 진동자는 불연속적인 양, 만을 얻거나 혹은 잃을 수 있으며 이때는 로 진동수와 관계가 있다” , “높은 에너지 상태로부터 에너지를 방출하기 위해서는 양자화 된 계의 온도는 이들 상태에 충분히 높아야만 한다” 등의 가설을 세운다. 이러한 가설을 통해 흑체 복사에서 일어난 현상에 대하여 설명 할 수 있었다. 의 식에서 는 플랑크 상수이고 의 값을 가지고 는 진동수이다. 이후 아인슈타인은 플랑크의 양자가설을 빛에 적용하여 빛이 양자화 되어 있고 광자라는 기본량들로만 존재할 수 있다고 제안하였다. 이 제안에 의하면 진동수 를 갖는 빛의 양자는 다음의 에너지를 갖는다. 여기서 값은 플랑크 상수이다. 진동수 의 빛이 가질 수 있는 가장 작은 에너지는 이고, 이것이 광자 하나의 에너지이다. 파동이 이보다 많은 에너지를 갖는다면 총에너지는 의 정수배이어야 한다.

참고 자료

일반물리학 Fundamentals of Physics 개정9판 D. Halliday, R. Resnick, J. Walker
Instruction Manual and Experiment Guide for the PASCO scientific Model AP-9368 and AP-9369
Wikipedia.com
Doopedia