광전 효과

금속에는 많은 이동 전자가 포함되어 있습니다. 이 전자를 흥분시키는 것은 상대적으로 쉽고, 충분한 에너지로 흥분하면 금속을 떠날 수 있습니다. 이러한 여기가 빛으로 만들어질 때, 배출된 전자는 광전자로 알려져 있으며, 이 효과는 광전 효과라고합니다. 이를 위해서는 빛의 주파수(f)가 주파수 f와 관련된 일부 최소 임계값(f₀₎또는 이에 상응하는 광파장(λ)을 초과해야 하는 것으로 관찰되었습니다.

(c ≈ 3x10⁸ m/s가 빛의 속도인 경우) 일부 임계값(λ₀₎미만이어야 하며, 즉 f > f_0(λ < λ_0)이필요합니다. 그렇지 않으면 f < f_0(λ > λ_0)이있는 경우, 강렬한 조명에서도 광전자가 방출되지 않습니다.

알버트 아인슈타인광자의 개념을 사용하여 이러한 관측을 설명 할 수 있었다, 빛의 양자. 빛은 이러한 입자와 같은 광자로 구성되어 있으며 각 광자는 에너지를 가지고 있습니다.

h ≈ 6.63x10^-34 Js, 플랑크의 상수 라고, 광자 에너지에 광 주파수를 관련 된.

광전 효과의 현미경 공정은 개별 광자금속에 의해 흡수되고 그 에너지가 전자를 자극하는 데 사용된다는 것입니다. 전자는 광자 에너지의 경우 금속에서 방출되며,

W가 "작업 기능"으로 알려져 금속에서 전자를 해방하는 데 필요한 최소한의 에너지를 나타내는 곳. 면

빛이 강렬하더라도 (광자의 많은 수를 포함) 그리고 빛이 장시간 빛나더라도, 개별 광자가 전자를 해방하기에 충분한 에너지를 가지고 있지 않기 때문에 광전자가 생성되지 않습니다.

아인슈타인의 광전 효과에 대한 설명은 광자 이론(빛의 퀀타)에 대한 핵심 지원을 제공하면서 역사적으로 중요했으며, 이는 빛이 전자파이외에 입자로 동작할 수 있으며 이중 입자파 특성을 지니고 있음을 보여줍니다.

예를 들어, 본 실험에 사용되는 아연(Zn) 금속은 W ≈ 4.3 eV(1eV ≈ 1.6x10-19 J)의 작업 기능을 가지고 있다. 즉, Zn의 광전 효과의 임계값 주파수는 다음과 같습니다.

임계값 파장에 대응하고,

Zn에서 광전자를 생산하려면 광전자가 1015Hz에서 f0 ≈ 또는 300 nm에서 300nm를 ≈ λ₀ 이하의 파장이 있어야 합니다. 이러한 짧은 파장UV에 해당합니다 (가시광선은 파장을 초과하기 때문에 ~ 400 nm, 보라색 색상에 해당).

전자는 음전하를 전달하므로 광전 효과는 금속에서 음전하를 제거합니다 (효과적으로 양전하를 추가). 금속이 원래 음전하가 되면 충전이 줄어듭니다. 금속이 원래 양전하인 경우, 이것은 더 충전됩니다. 이러한 효과이 실험에서 공부 될 것 이다.

단계 2.1-2.4의 경우, 전기스코프는 일반 램프와 UV 광조명(도 2b 및 2c)에대해 충전된 상태로 남아 있으며 아연 플레이트가 양전하 상태로 남아 있음을 나타냅니다. 이는 충전된 아연 플레이트(이미 양전하되기 위해 처음에 일부 전자를 잃어버렸음)가 UV 광전자에 의해 더 많은 손실로 인해 더욱 긍정적으로 충전되기 때문이다. 이 경우, 전기스코피의 바늘이 도 2c에서조금 더 편향되어 있음을 알 수 있다. 일반 가시광선은 아연 플레이트의 양전하를 변경하지 않으며 전기스코프도 충전된 상태로유지됩니다(도 2b).

단계 3.1-3.5의 경우, 아연 플레이트가 음전하될 때, 일반 램프 라이트가 다시 전기스코프(도 3b)에영향을 미치지 않는 반면, UV 광은 전기스코프의 바늘이 붕괴되어 굴절 없이 충전되지 않은 위치로 돌아가는 것을 관찰할 수있다. 이는 UV 광자만이 광전자를 배출하기에 충분한 에너지(아연의 작업 기능 위)를 가지므로 이전에 는 음수(과잉 전자)로 충전된 아연을 배출하기 때문이다.

이 실험에서, 우리는 UV 빛이 광전 효과를 통해 음전하 아연 금속을 배출 할 수 있음을 보여주기 위해 전기 경전을 사용했다. 대조적으로, 양전하 아연 샘플(이미 일부 전자를 잃어버린) 방전되지 않으며, 가시광선(광전 효과를 유발할 수 없는) 음전 또는 양전하 아연을 배출하지 않습니다.

광전 효과는 광주파에 비례하는 광자 및 광에너지의 양자수반을 운반하는 입자로 빛이 만들어졌다는 실험적 증거를 제공하면서^20세기에 양자 물리학의 발전에 중요한 역할을 했습니다.

실질적으로 광전 효과는 광전자의 부재 또는 존재로 인해 금속에 빛나는 광선의 차단 또는 차단 해제가 꺼지거나 전류에 있는 감광성 전기 스위치와 같은 다양한 광전자 장치를 만드는 데사용되었습니다. 이는 일반적으로 많은 기계적 위치 센서(예: 라이트 빔을 차단 해제하거나 차단하는 도어의 개폐)에서 일반적으로 사용됩니다.