광전효과

1. 실험목적

광전효과를 관찰하고 단색광으로 발생된 광전자의 저지 전압을 측정함으로써 Planck 상수 h를 구한다.

　

2. 실험원리

일정한 에너지를 갖고 입사 광자가 금속 표면에 충돌하였을 때 어느 한계치 w보다 작다면 금속 표면의 전자는 방출되지 않고 그 에너지가 금속 내에 흡수되어 열 운동을 증가시키는 역할밖에 하지 못한다. 그러나 입사 광자가 w보다 크면 금속 표면을 이탈하는데 드는 최소 에너지는 w로 소모되고 나머지 에너지를 가지고 방출되어 나간다. 이러한 효과를 Einstein의 광전효과(Photoelectric effect)라 한다.(<Fig. 8-1>) 즉

mv²/2 = hν - w ----------------------(1)

여기서 mv²/2 는 방출되는 전자의 운동에너지, w는 금속의 포텐셜 장벽을 넘어서는데 한 일(work function)이며, hν는 입사하는 광자의 에너지이다.

　
<Fig. 8-1>광전효과


한편 방출되는 전자의 운동 에너지는 방출 표면(emitting surface)과 수집 전극(collecting electrode)간의 저지 전압(stopping potential) V_s를 측정함으로써 얻어지며 따라서 저지 전압은 진동수 ν의 1차 함수이고 이 함수의 기울기는 h가 된다.

3. 실험방법

(ⅰ) 4장의 필터 가운데 한 장을 광전관 앞에 놓고, 검류계의 intensity는 원점, collector는 가장 최소가 되게 한 후 스위치를 켜서 검류계가 원점으로 되게 한 후 스위치를 끈다.
(ⅱ) intensity를 일정하게 놓고(3정도), 스위치를 켜서 광전류를 확인하여 이에 대한 저지 전압 측정한다. (이때 필터 없이 백열등을 켜지 말자.)
(ⅲ) 각 필터에 대해서 (ⅰ)∼(ⅱ)를 반복 수행한다.
(ⅳ) 위로부터 얻은 자료로 저지 전압과 주파수의 관계 그래프를 그린다.

<Fig. 8-2> 광전관 연결 회로도

* h와 w를 구하자.
* 고정된 필터에 대해서 세기에 따른 저지 전압 측정해 보자.
* 세기, 에너지, 주파수 관계를 알아보자.



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