Planck 상수 측정

1. 실험목표

광전효과는 금속판에 한계진동수 이상의 빛을 쬐어주면 전자가 튀어나오는 현상이다. 이런 현상을 이용하여 각각 다른 파장에서의 저지전압을 측정하여 플랑크 상수를 구해본다.

2. 실험원리

⑴ 광전효과 : 빛에 의하여 금속 내부의 전자들이 방출되는 현상을 광전 효과라 하며, 이때 방출되는 전자를 광전자라고 한다.
1900년 플랑크는 복사에너지가 띄엄띄엄 떨어진 에너지값을 갖는 덩어리, 즉 광(양)자의 형식으로만 존재할 수 있다고 발표했다. 그로부터 5년 후인 1905년 아인슈타인(A. Einstein)이 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 금속표면에 파장이 짧은 빛을 조사하면 그 금속면으로부터 전자(광전자)가 튀어나오는 현상을 설명하기 위해서는 공간을 자유롭게 날아다니는 광자의 존재가 필요하다는 이론을 발표했다.
광전효과를 이해하기 위해서는 빛의 본성이 파동이라는 종래의 고정된 사고에서 벗어나 빛도 전자와 마찬가지로 일정한 에너지를 가지고 있으며, 셀 수 있는 입자라고 생각해야 한다. 그러나 이 입자…(생략)

① 광양자설 : 빛의 파동적 성질로는 광전효과를 설명할 수 없다는 것을 알게 된 아인슈타인은 1905년 플랑크의 양자 가설을 빛에 적용하여 빛(광자, 광양자)도 입자적 성질을 가짐을 제안하였다. 이때, 진동수 인 하나의 광자가 갖는 에너지는 이다. 이것은 빛이 전달하는 에너지가 연속적인 것이 아니라 광자들이 갖는 에너지의 정수배로 이루어진 불연속적인 것임을 의미한다. 그리고 진동수가 인 빛을 금속표면에 쪼여주면 의 에너지를 가진 광자가 금속 내의 전자와 충돌하여 그 에너지를 모두 전자에게 준다. 이 광전자의 최대 운동에너지 는 가 된다. 이때 를 금속의 일함수라고 한다. 인 경우는 광전자가 금속 표면으로부터 방출될 수 있는 한계이며, 이 때의 진동수를 한계 진동수()라고 한다. 한계진동수보다 작은 빛에서는 광전자가 방출되지 않는다.

② 광전효과의 특징