[서울대학교 물리학실험2 A+ 보고서(2020)] 6. 광전효과와 플랑크 상수 보고서

소개글

서울대학교 물리학실험2의 여섯번째 실험 "광전효과와 플랑크 상수" 보고서입니다.

목차

1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 배경 지식
1.3. 실험 방법 및 장비

2. 세부 실험 과정 및 실험 결과
2.1. 실험1: 플랑크 상수 측정
2.2. 실험2: 빛의 세기 - 광전류량
2.3. 실험3: 빛의 세기 - 저지전압

3. 오차 분석 및 토론
3.1. 실험1 오차 분석
3.2. 실험2 오차 분석
3.3. 실험3 오차 분석

4. 결론

5. 참고문헌

6. 부록

본문내용

Abstract
본 실험에서는 광전효과에서 빛의 세기, 진동수가 광전류량과 저지전압에 미치는 영향을 알아본다. 또, 이 관계를 이용해서 플랑크 상수를 측정한다.

1. 서론
1.1. 실험 목적
본 실험에서는 광전효과 실험 장치를 이용해서 광전효과를 확인한다. 이때 빛의 세기, 진동수와 광전류, 저지전압 간 어떤 관계가 성립하는지를 확인하고, 이를 이용해 플랑크 상수를 측정한다.

1.2. 배경 지식
1.2.1. 흑체 복사
흑체 복사는 흑체의 온도에 따라 빛이 방출되는 현상이다. 흑체복사를 빛의 파동성을 기반으로 설명한 레일리-진스 법칙(Rayleigh-Jeans Law)은 아래와 같다.
I(λ,T)=(2πck_b T)/λ^4

그러나 이 법칙은 파장이 짧을 때의 빛의 에너지를 정확하게 해석할 수 없었다. 플랑크는 빛의 에너지가 양자화되어 있다는 것으로 흑체 복사에서 빛의 에너지를 설명할 수 있었고, 빛이 입자성을 가짐을 확인했다. 이때 빛의 에너지는 다음과 같다.
E=hf
-이때 f는 빛의 진동수, h는 플랑크 상수로 6.626×10^(-34) J∙s이다.

1.2.2. 광전효과
광전효과는 금속에 일정한 진동수 이상의 빛을 쬐면 전자가 튀어나오는 현상이다. 아인슈타인은 광전효과를 설명할 때 플랑크의 광양자설을 사용했다. 금속에 빛을 쬐면 금속이 일정 에너지를 흡수하고, 전자는 남은 에너지만큼의 운동 에너지를 가지고 탈출하게 된다. 초기 빛(광자)이 가진 에너지는 플랑크 상수와 빛의 진동수의 곱으로 나타난다. 금속이 이때 흡수하는 에너지를 일함수라고 한다. 처음 빛이 가진 에너지를 E, 진동수를 f, 금속의 일함수를 Φ, 전자의 운동에너지를 E_k라고 하면 다음과 같은 관계가 성립한다.
E=hf=Φ+E_k
광전효과 실험에서는 전자의 운동에너지를 역전압을 이용해서 측정한다.

그림1은 광전효과 실험의 회로도이다.

참고 자료

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics Extended, 10th ed., Wiley, 2013, pp.749-752, 1153-1166.
Raymond A.Serway, John W.Jewett,Jr., Principles of Physics: A CALCULUS-BASED TEXT, 5th ed., Cengage, 2013, pp.945-956.