광전 효과

먼저 문턱, 그다음 세기

에너지 보존은 hf=φ+Kmax로 씁니다. φ는 일함수, Kmax는 방출 전자의 최대 운동에너지입니다.

문턱 주파수 f₀=φ/h 아래에서는 세기를 아무리 키워도 전자가 방출되지 않습니다. 문턱을 넘은 뒤 세기를 높이면 주로 초당 도착하는 광자 수와 방출 전자 수가 늘고, 주파수를 높이면 광자 하나의 에너지와 Kmax가 증가합니다.

기본 모형에서는 광자 하나가 전자 하나에 에너지를 전달합니다. 주파수는 광자 한 개의 에너지를, 세기는 주로 광자 도착률을 결정합니다.

정지 전위로 전자 에너지를 측정한다

방출된 전자에 역전압을 걸면 전자를 감속시킬 수 있습니다. 가장 빠른 전자까지 막는 정지 전위 Vs에서 eVs=Kmax입니다.

Vs를 주파수에 대해 그리면 문턱 이상에서 직선이 되고, 기울기는 h/e와 관련되며 x절편에서 문턱 주파수를 읽을 수 있습니다.

문턱 탐색기

광자 에너지와 일함수를 각각 바꾸며 전자 방출 여부와 남는 최대 운동에너지를 확인합니다.

실험이 확립한 사실

전자 방출이 거의 즉시 일어나고 명확한 문턱 주파수가 있다는 사실은 파동 에너지가 표면에 연속적으로 퍼져 전자가 천천히 에너지를 모은다는 단순한 설명과 맞지 않습니다. 광자 모형은 두 사실을 자연스럽게 설명합니다.

그러나 광전 효과가 빛의 파동성을 부정하는 것은 아닙니다. 간섭과 회절은 여전히 파동 행동의 중요한 증거이며 양자 이론은 두 종류의 실험 결과를 함께 설명해야 합니다.

변수의 역할을 정확히 구분하기

광자 에너지와 광선의 전체 파워를 혼동하지 마십시오. 매우 밝은 저주파 빛은 초당 많은 에너지를 전달해도 각 광자가 문턱보다 낮을 수 있습니다. 반대로 약한 고주파 빛은 전자 수는 적게 방출해도 개별 전자의 운동에너지는 클 수 있습니다.

계산 예제

1. 문턱 파장

일함수 φ=2.5 eV인 물질의 문턱 파장을 구합니다.

2. 최대 운동에너지

4.2 eV 광자가 φ=2.0 eV인 표면에 입사합니다.

3. 정지 전위

Kmax=1.6 eV일 때 정지 전위를 구합니다.