광전효과를 이용한 플랑크 상수 측정 1조 권희선 조혜원 허진

실험 목차 1)플랑크 상수 측정 2) 빛의 세기와 광전류와의 관계 3) 빛의 세기와 저지전압과의 관계

실험목적 광전효과를 이용하여 플랑크 상수를 측정한다.

1.빛의 방출과 흡수 실험원리 (고전모델의 빛의 분광 분포) Rayleigh-Jeans 법칙 흑체로부터 방사되는 빛의 양은 진동수가 커질수록 급격하게 증가 (플랑크 양자 모델) 흑체로부터 방출되는 빛은 특정한 상수와 진동수를 곱한 값의 정수 배 𝑬=𝒏𝒉𝒗, E:방사에너지, h:플랑크 상수, v:방사 진동수, n: 양의정수

2.광전효과 높은 진동수의 빛이 고체에 부딪히면, 고체로부터 전자가 방출되어 전 류가 발생하는 현상 (고전이론) “빛은 파동이다” 빛의 진폭∝ 방출되는 광전자의 에너지 (실제) 빛의세기∝방출되는 광전자의 수, 전류의 세기 광전자의 에너지∝ 빛의 진동수

3.아인슈타인-빛의 양자현상 설명 𝑬=𝒉𝒗=𝑲𝑬+𝑾=𝒆𝑽+𝑾 𝐾𝐸=𝑒𝑉 : 방출되는 광전자의 최대 에너지 𝑊 :일함수, 전자가 방출하기 위한 빛의 최소한의 에너지

V 4. 광전효과 실험 장치 저지전압: 광전자가 더 이상 음극에 도달하지 못하여 평형 상태에 도달하였을 때 음극-양극 간의 형성된 전압

실험기구

내부모습

전류계 영점 조절 단자 내부/외부메터 선택단자 전류 증폭 단자 광전관 역전압 조절단자

광량조절 편광판 광량조절 편광판(광도조절장치) LED 광원 BOX

영점조절

실험방법

1) 프랑크 상수 측정 광도조절 편광판을 돌려 0º가 되도록 한다. (0º일 때 편광판 평행)

ON 중간 Light source 선택 X 최소

영점조절

collector조절 저지전압 측정, 30도 60도 반복

실험1- 실험결과 실험 결과 표 편광각도 0º 편광각도 30º 편광각도 60º 실험광원 파장(nm) 진동수(1014Hz) 측정 저지전압(Vs) 편광각도 0º 편광각도 30º 편광각도 60º Red 640 4.7 0.23 0.20 0.25 Yellow 585 5.1 0.36 0.35 Green 520 5.8 0.50 0.51 0.49 Blue 465 6.5 0.71 0.70 Dark Blue 420 7.1 0.92 0.91

저지전압 진동수 Red Yellow Green Blue Dark blue

실험1- 결과그래프 그리기 전에.. eVs=hν-Wo y=ax+b형태의 관계식으로 볼 때, h(플랑크 상수)는 기울기. eVs=방출되는 광전자의 최대 에너지 h=(측정한 eVs변화량)/(ν의 변화량) 일함수 구하기 광원의 진동수에 따른 저지전압의 관계그래프를 그리면 기울기로는 h를, 절편으로는 일 함수를 구할 수 있음. 앞에서 언급해드렸듯이 우리가 실험을 통해 얻어야 할 값은 Vs(저지전압)으로 빛의 색깔에 따른 진동수알고 eVs값을 알기 때문에 그것들의 변화량을 통해 기울기 h플랑크 상수를 얻어낼 수 있습니다.

30º 60º 0º 진동수 Red Yellow Green Blue Dark blue

이론적인 플랑크 상수 값 e=1.6*10^-19[C] h =6.63*10^-34[J·s] ②편광각도 : 30˚ ①편광각도 : 0˚ ②편광각도 : 30˚ 광원 △Vs △ν [Hz] h = (e*△Vs/△ν) [J· s] 오차 [%] 빨-노 0.13 4*10^13 5.2*10^-34 27 노-초 0.14 7*10^13 3.2*10^-34 106 초-파 0.21 4.8*10^-34 38 파-남 6*10^13 5.6*10^-34 18 평균 0.17 4.7*10^-34 47 광원 △Vs △ν [Hz] h = (e*△Vs/△ν) [J·s] 오차 [%] 빨-노 0.16 4*10^13 6.4*10^-34 3 노-초 0.15 7*10^13 3.4*10^-34 94 초-파 0.2 4.6*10^-34 43 파-남 6*10^13 5.3*10^-34 25 평균 0.18 4.9*10^-34 41 ③편광각도 : 60˚ 광원 △Vs △ν [Hz] h = (e*△Vs/△ν) [J·s] 오차 [%] 빨-노 0.1 4*10^13 4*10^-34 65 노-초 0.14 7*10^13 3.2*10^-34 106 초-파 0.21 4.8*10^-34 38 파-남 0.22 6*10^13 5.9*10^-34 12 평균 0.17 4.5*10^-34 55 이론적인 플랑크 상수 값 e=1.6*10^-19[C] h =6.63*10^-34[J·s]

2)빛의 세기와 광전류와의 관계 광도조절 편광판을 돌려 0º가 되도록 한다. (0º일 때 편광판 평행)

ON 중간 Light source 선택 X 최소

영점조절

다시 켰을 때의 광전류랑 측정

5씩 돌려서 90도까지 측정

실험2 - 실험결과 <빛의 세기와 광전류와의 관계> 각도[º] 빛의 세기 광전류(㎂) red yellow green blue dark blue 1 9 27 53 141 117 5 28 140 10 0.99 52 139 115 15 0.98 26 50 135 112 20 0.97 8 25 48 131 108 0.95 23 46 125 102 30 0.93 7 21 42 118 96 35 0.91 38 110 88 40 0.88 6 17 34 99 79 45 0.84 89 70 0.8 4 12 77 60 55 0.76 3 66 51 0.71 16 41 65 0.65 2 31 0.58 75 0.51 80 0.42 85 0.3 90

실험2 - 그래프 결과&분석 <빛의 세기와 광전류와의 관계> 빛의 세기가 커지면 운동 에너지를 가지는 광전자들이 많아지기 때문에 더 많은 광전류가 흐르게 된다.

빛의세기 I=I(cosθ)^2

3) 빛의 세기와 저지전압과의 관계 광도조절 편광판을 돌려 0º가 되도록 한다. (0º일 때 편광판 평행)

ON 중간 Light source 선택 X 최소

영점조절

5씩 돌려서 90도까지 측정

이론상 저지전압 빛의세기 빛의 세기와 광전자의 최대 운동에너지 값은 무관. 전자의 최대운동에너지 =eVs=hν-Wo 로 빛의 세 기와는 관계없고 빛의 진동 수 ν에 관계한다. 저지전압 이론상 빛의세기

오차의 원인 기계 내부 전압계는 실제로 수MΩ 정도의 내부저항을 가지고 있음. 기계에서 광전류의 값은 그림과 같이 소수점 부분을 측정할 수 없음. 기계에서 저지전압의 값은 그림과 같이 소수점3째 자리부터는 알 수 없음.

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