§1
실험 개요
광전효과는 양자역학의 기초가 된 현상으로, 빛의 광자성(particle nature)을 보여준다. 학부에서는 다양한 파장의 빛을 광전관에 비추고 광전자가 도달하지 못하게 막는 정지전압을 측정해 Einstein의 광전 방정식 eVs = hν − φ에서 h와 일함수 φ를 산출한다.
§2
이론 배경
Einstein 광전 방정식
최대 광전자 운동에너지 Kmax = hν − φ = eVs. ν: 빛 진동수, φ: 금속 일함수. Vs vs ν 직선의 기울기 = h/e.
고전 이론과의 차이
고전: 빛 강도가 운동에너지에 영향. 양자: 진동수만 결정, 강도는 광전자 수만 결정. 임계 진동수 ν0 = φ/h 미만에서는 광전자 없음.
§3
실험 장치 및 시약
- — 광전관
- — 수은 광원 + 단색기
- — DC 전압계 + 가변 전압계
- — 정밀 전류계
§4
실험 절차
- 1.각 파장(예: 수은 365, 405, 436, 546, 578 nm)에서 광전자 흐름 측정.
- 2.역전압을 가해 광전자 도달을 막는 Vs 측정.
- 3.다른 빛 강도에서 Vs가 변하지 않는지 검증.
§5
데이터 처리
Vs vs ν 그래프 직선 회귀, 기울기 = h/e에서 h 산출. y절편 = −φ/e에서 φ.
§6
예비보고서 항목별 작성 팁
이론
광전효과가 왜 빛의 양자성을 입증하는지 명확히.
§7
자주 하는 실수
- — 주변 광 차단 부족
- — 전류가 0에 도달하는 Vs 정의 모호 (외삽 사용)
- — 광전관 표면 산화로 일함수 변동
§8
자주 묻는 질문
Q. 왜 빛 강도를 늘려도 Vs가 안 변하나요?
Einstein의 양자 가설에 따르면 광자 한 개의 에너지 hν가 광전자 한 개의 에너지를 결정합니다. 강도 증가는 광자 수만 늘릴 뿐 한 광자 에너지는 그대로라 Vs는 불변, 광전류만 비례 증가합니다.
Q. 왜 임계 진동수 ν0 미만에서 광전자가 안 나오나요?
광자 에너지가 일함수보다 작으면 전자가 금속을 빠져나갈 에너지가 없기 때문입니다. 강도를 아무리 늘려도(많은 약한 광자) 한 광자가 한 전자를 빠뜨리는 데 부족하면 광전류 0. 양자 가설의 직접 증거.
§9
참고 표준·문헌
본 가이드는 다음 표준·교과서·핸드북의 정의·식·표준 절차를 따라 작성되었습니다. 학교 양식과 표준 절차가 다를 경우 학교 양식을 우선합니다.
- [1]Halliday, D., Resnick, R., Walker, J. — Fundamentals of Physics, 12th ed., Wiley, 2021
- [2]Atkins, P., de Paula, J., Keeler, J. — Physical Chemistry, 11th ed., Oxford University Press, 2018