빛의 이중성 빛의 이중성 By kwang SEO
순서 광전효과 광량자설 운동에너지와 진동수 콤프턴효과 문제
입자설 VS 파동설 18C 19C 20C 입자 파동 입자 파동 뉴턴 영 맥스웰 헤르츠 플랑크 보어 아인슈타인 콤프턴 드브로이 데이비슨 거머 보어 운동량보존 회절,간섭,편광 광전효과 데이비슨-거머실험
광전효과(1) 빛에 의하여 금속 내부의 전자들이 방출되는 현상 광전자 : 빛에 의해 금속으로부터 방출되는 전자 실험적사실 1. 한계진동수 이상의 빛에서 즉시 전자 방출 2. 광전자의 최대운동에너지는 빛의 진동수에 비례 3. 광전류(방출되는 광전자의 수)는 빛의 세기에 비례 헤르츠(1887)-광전효과실험
설명실패 설명실패 광전효과 실험의 결과분석 빛의 파동성으로는 광전효과를 설명하지 못함 빛은 파동이다 실험결과와의 일치여부 진동수와 전자 방출 진동수가 작아도 빛의 세기가 강하면 광전효과 발생 진동수가 크더라도 빛의 세기가 약할 때는 전자방출시간 필요 한계진동수보다 클 때만 전자 방출 세기가 약한 빛이라도 특정 진동수 이상의 빛을 비추면 즉시 전자 방출 진동수와 최대 운동에너지 빛의 세기 셀수록 방출되는 광전자의 에너지가 크다 광전자의 최대운동에너지는 빛의 진동수에만 영향 빛의 세기와 광전류 빛의 세기가 셀수록 방출되는 전자의 수가 많다. 광전류의 세기는 빛의 세기에 비례 설명실패 설명실패 빛의 파동성으로는 광전효과를 설명하지 못함
광양자설(1) c E = hf = h λ h = 6.6 × 10-34 J·s h P = λ 빛은 에너지를 갖는 광자(광양자) 흐름 c λ E = hf = h h = 6.6 × 10-34 J·s h λ P = 빛은 진동수에 비례하고 파장에 반비례 에너지 양자 : 빛에 의해 전달되는 에너지 불연속
광양자설(2) E = hf = Ek + W → Ek = hf – W = hf – hfo 1 mv2 2 현상 설명 hf ＞ W 즉시 전자방출 ＞ 0 hf = W 전자 방출되는 한계 hf = hfo hf ＜ W 방출되는 전자 없음 2 mv2 1 광자가 금속 내의 전자와 충돌하여 에너지 전달 E = hf = Ek + W → Ek = hf – W = hf – hfo 일함수(W) : 전자가 방출하는 데 필요한 최소에너지 한계진동수(fo) : 전자를 방출시키는 빛의 최소 진동수 일함수와 한계진동수는 금속의 종류에 따라 다르다.
운동에너지와 진동수 Ek = hf – W = hf – hfo 기울기 : 플랑크상수(h) 한계진동수 일함수 빛의 진동수 증가 → 광전자 운동에너지 증가
운동에너지와 정지전압 1 Ek = hf – W = hf – hfo = mv2 Ee = eVo 2 정지전압(Vo) 광전류= 0 광전자운동에너지=0 2 mv2 1 Ek = hf – W = hf – hfo = Ee = eVo 1eV = 1.6 × 10-19 J e = 1.6 × 10-19 C 정지전압은 광전자의 운동에너지에 비례 → 광전자의 운동에너지는 빛의 진동수에 비례 → 정지전압은 빛의 진동수에 비례
빛의 세기와 광전류 빛 세기 증가 → 금속표면에 도달하는 광자의 수 증가 → 광전자 수 증가 → 광전류 증가 빛 세기 증가 → 금속표면에 도달하는 광자의 수 증가 → 광전자 수 증가 → 광전류 증가 정지전압 동일 → 광전자 운동에너지 동일 → 빛의 진동수 동일(동일금속) 전압증가시 광전류 계속 증가 않은 이유 : 전자 수, 속도 제한
콤프턴효과 X선을 물질에 입사 → 전자방출 X선 산란 (입사파장＜산란파장) 입자성 설명 : 에너지보존법칙, 운동량보존법칙 성립 빛은 에너지를 가진 입자(광자,광양자)의 흐름
빛의 이중성 상을 만드는 과정 → 회절,간섭 현상 → 파동의 성질 상이 기록되는 과정 → 충돌 → 입자의 성질 파동성 : 회절, 간섭, 편광 파장 입자성 : 광전효과, 콤퓨턴효과 운동량
문제 2010_6월대수능
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