물리Ⅰ 11회차

광전 효과

1. 광전 효과와 광전 효과 실험

1.광전 효과의 개념

(1). 광전 효과란 금속에 빛을 비출 때 전가가 튀어 나오는 현상
 

▲ 광전 효과

 
(2) 광전자 : 광전 효과로 금속 표면에서 튀어 나오는 전자

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2. 광전 효과의 실험적 사실

(1) 한계 진동수 이하의 진동수를 갖는 빛은 아무리 강하게 오랫동안 비추어도 광전자는 방출하지 않는다.
 

▲ 빛의 세기와 광전 효과

 
(2) 빛은 파동이 아닌 입자의 성질을 가지고 있음을 알 수 있음.

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2. 광전 효과 에너지 관계

1. 광전 효과 관련 개념

 
(1) 한계 진동수(\(f_n\)) : 전자가 방출되기 위한 빛의 최소 진동수를 한계 진동수 또는 문턱 진동수라고 함.
(2) 일함수(\(W=hf_n\)) : 금속 표면의 전자를 외부로 떼어내는 데 필요한 에너지
 
(3) 광전 효과 해석
① 한계 진동수 (\(f_n\))보다 진동수가 큰 빛을 쪼일 때만 광전자가 방출된다.
② 광전자의 최대 운동 에너지는 오로지 빛의 진동수에만 관계한다.
• 형광등을 오랫동안 비추어도 아연관 표면에서 전자가 튀어나오지 않으므로 금속박은 변함이 없다.
• 자외선등을 비추면 아연관 표면에서 전자가 방출되므로 (-)전하로 대전어 있던 금속박이 오므라든다.
 

 
 
③ 빛의 세기가 증하면 광전류도 증가한다.
 

2.광양자 에너지와 광전자의 최대 운동 에너지

 

▲ 일함수보다 작을 경우
 

 

▲ 일함수보다 큰 경우

 

(1) 광양자설 : 빛은 연속적인 파동의 흐름이 아니라 광약자라는 불연속적인 에너지 입자의 흐름이다.
(2) 광양자 1개의 에너지 : \(E=hf=\frac{hc}{\lambda}\)
(3) 광전자의 최대 운동 에너지 :\(E_k=\frac{1}{2}mu^2=hf-W=hf-hf_0\)

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3.광전 효과 그래프
1.광전 효과의 에너지 관계
\(hf=W+E_k\)
 
2. 광전 효과 그래프 분석
1. 최대 운동 에너지와 진동수 관계 : \(E_k=hf-W\)
 
2. 최대 운동 에너지와 진동수 그래프
 

기울기 : 프랑크 상수 \(h\)
금속의 종류와 상관없이 기울기는 일정하다.
 
한계 진동수 : 광전자를 튀어나오게 하는 최소한의 진동수
 
금속의 일함수 = 플랑크 상수 × 한계 진동수
기울기가 일정하믈 일함수의 크기가 클수록 진동수가 커짐.
\(f_1<f_2\)

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출처

손정우 외 「물리학 I」,  비상교육,  2018