(Overview)
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잘 닦인 음전하로 대전되어 있는 아연판은 자외선에 노출될 때 전하를 잃는다. 이 현상을 광전효과라 한다.
19세기 말의 연구결과 광전효과는 파장이 충분히 짧은 경우 다른 물질에서도 일어날 것이라는 것이 밝혀졌다. 광전효과는 물질의 특성인 한계파장 아래에서도 관찰되었다. 특별히 긴파장의 빛은 매우 강하더라도 효과가 없다는 사실은 과학자들에게 흥미로운 것이었다.
알버트 아인슈타인은 마침내 1905년에 이 현상을 설명했다;빛은 입자(광자)로 구성되어 있다, 그리고 이 입자의 에너지는 빛의 진동수에 비례한다.어떤 에너지양의 최소값(물질에 따라 다른)이 존재하고 이것은 아연판 표면이나 다른 고체로부터 전자를 떼어내기 위해 필요하다.(일함수). 만일 광자의 에너지가 이 값보다 크면 전자가 방출될 수 있다.이 설명으로 부터 다음과 같은 식이 성립한다:
| Ekin = h f � W |
Ekin ... 방출 전자의 최대 운동에너지 h ..... 플랑크 상수 (6.626�10-34 Js) f ..... 진동수 W ..... 일함수
이 시뮬레이션은 플랑크상수와 일함수를 결정하는 실험이다. 하나의 스펙트럼선은 수은 램프의 빛으로부터 걸러진다.이 빛은 광전셀의 음극을 때리고 전자를 방출하게 한다. 방출 전자의 최대 운동에너지를 찾기 위해 더이상의 어떤 전자도 양극레 도달하지 않도록 전압계의 연결을 크게 해서 지연 전압을 크게 하는것이 필요하다.파란색의 계기판은 이 지연 전압의 크기를 표시한다.빨간색 계기판을 통해서는 전자가 양극에 도달하는지를 알 수 있다.
오른쪽의 패널로 음극의 물질,파장,지연 전압 을 변화시킬 수 있다. 지시하는 값은 빛의 진동수와 광전효과의 에너지 균형을 말해준다.이 측정의 결과는 왼쪽아래에 있는 진동수-전압 그래프로 그려진다.그러나 패널버튼으로 지울 수 있다.
그래프에 의한 세가지 측정 결과는 세 평행한 선으로 나타난다.이 세 선의 기울기로부터 플랑크 상수(h)가 계산된다. 세로축과 만나는 점으로부터 각각의 음극 물질의 일함수를 읽을 수 있다.
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| Physics Applets (Overview) |
URL: http://home.a-city.de/walter.fendt/physengl/photoeffect.htm
© Walter Fendt, February 20, 2000
Last modification: February 26, 2000