광전효과는 빛이 양자로 되어 있다는 것을 실험적으로 증명해주는것입니다.
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즉, 빛은 파동처럼 연속적으로 펼쳐져 있는 것이 아니라 조그마한 덩어리로 뭉쳐져 있다는 것입니다.(양자가 덩어리라는 뜻입니다.)
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1.파동 에너지는 진폭의 제곱에 비례하므로 빛의 세기(진폭과 관련된 것)와 광전효과는 서로 상관관계를 가질 것 같지만, 광전효과에서는 빛의 진동수가 결정적인 역할을 하지 세기는 광전류의 양만 변화시킵니다.
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2. 강한 빛을 비출수록 광전자의 에너지가 클 것 같지만, 광전효과에선 광전자의 에너지는 빛의 진동수에 관계된 것이지 세기와 관계된 것은 아닙니다.
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3. 약한 빛인 경우 전자가 에너지를 받아서 튀어나오려면 어느 정도 시간의 경과가 필요한데 실제로는 한계 진동수만 넘으면 바로 튀어나옵니다.
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4. 물질의 종류마다 한계진동수가 다르다는 것은 파동이론으로는 설명할 수 없습니다.
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5. 빛을 오래 쬐어주면 많은 에너지가 축적되므로 광전자의 양은 빛의 진동수에 상관없에 튀어나와야 하지만, 그렇지 않습니다.
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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 못합니다. 그러나 입사 광자가 w보다 크면 금속 표면을 이탈하는데 드는 최소 에너지는 w로 소모되고 나머지 에너지를 가지고 방출되어 나갑니다. 이러한 효과를 Einstein의 광전효과(Photoelectric effect)라 합니다.
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½mv^2 = hν - w
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여기서 ½mv^2 는 방출되는 전자의 운동에너지, w는 금속의 포텐셜 장벽을 넘어서는데 한 일(work function)이며, hν는 입사하는 광자의 에너지입니다.
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한편 방출되는 전자의 운동 에너지는 방출 표면(emitting surface)과 수집 전극(collecting electrode)간의 저지 전압(stopping potential) Vs를 측정함으로써 얻어지며 따라서 저지 전압은 진동수 ν의 1차 함수이고 이 함수의 기울기는 h가 됩니다.
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그래프나 기타 그림들은 교재를 참고 바랍니다.
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