Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 9 - 이중 슬릿의 간섭을 이용한 레이저의 파장 측정 10 - 플랑크 상수 측정 조교 황재 원.

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1 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 9 - 이중 슬릿의 간섭을 이용한 레이저의 파장 측정 10 - 플랑크 상수 측정 조교 황재 원

2 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 빛은 파동성과 입자성 모두를 가지고 있다. – 이중 슬릿 실험은 파동성 측정 – 플랑크 상수 측정 실험은 입자성을 이용 한 측정 파동과 입자의 차이에 대해서 … 파동성과 입자성 내가 누굴까요 ? 입자파동 두 개가 충돌 하면 ? 충돌이 일어난다. 중첩이 되서 보강이 일어나거나 상쇄 간섭 발생 고유한 성질충돌회절, 간섭, 편광 ( 전자기파 ), 중첩 예 그냥 … 여러분이 보는 모든 입자 사물 등 빛, 전자기파, 물결파, 지진파 등

3 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 빛의 이중성 충돌은 1 학기 때 실컷 봐서 알겠는데 … 회절 편광 간섭

4 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 영 (Young) 의 이중 슬릿 실험 마루 앞에서 본 회절을 일으킨 두 파동 간에 보 강 간섭과 상쇄 간섭이 일어나서 실제 스 크린 (C) 에서는 Max 부분은 밝게, Max 사 이에서는 어둡게 (Min) 보인다.

5 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 영 (Young) 의 이중 슬릿 실험 일 경우에 보강 간섭이 일어난다 (1 학기 때의 관의 공명을 생각 !) 일 때 각이 매우 작아지므로, 즉 M 이 정수이면 보강 간섭 ( 밝음 ), M 이 N+(1/2) 로 나타나는 형태이면 상쇄 간섭 ( 어두움 )

6 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 슬릿의 모양, 간격, 폭에 따라 회절 무늬가 어떻게 변하는지 관찰 – 슬릿이 1 개일 때와 2 개일 때의 차이 – 슬릿의 폭에 따라 회절 무늬가 어떻게 변화하는가 – 슬릿의 간격에 따른 회절 무늬의 변화 – 슬릿이 십자형이나, 격자 배열, 랜덤 배열일 때 회절무늬를 관찰한 결과를 토대로 표기되어 있는 레이저 파장이 실제 와 일치하는지 확인해본다. 레이저 가지고 장난하지 마시길 … 영 (Young) 의 이중 슬릿 실험

7 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 플랑크 상수 ? – 물리학 ( 특히 양자 역학 ) 에서 에너지의 최소 크기를 정의할 때 필 요 ( 에너지는 거시적으로 보면 연속적인 값이지만 양자 역학적으 로는 불연속적인 양이다 !) = 에너지의 양자화 (Quantization) – 불확정성의 원리를 정의할 때 불확정성은 최소 플랑크 상수보다 크다 라는 것을 정의 플랑크 상수 측정 특히 불확정성의 원리에서 나타난 이 양은 물리학 측정의 한계를 나타내는 좋은 양 Ex ) 빅뱅 직후의 아주 짧은 시간 (10 -43 s) 은 불확정성 원리에 근거하여 물리학적으로 서술할 수 없는 시간. 이를 플랑크 시간이라고 부른다. 뭐 … 어렵긴 하지만 물리학에서는 중요한 개념 !

8 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 광전 효과 – 금속판에 빛을 쪼여주니 금 속판에서 전자가 나오는 효 과 – 어느 진동수 이상의 빛을 쪼여주어야만 전자가 방출 – 이를 전위차 V 0 로 감속시켜 주면 전자가 더 이상 흐르 지 않게 되므로 전류는 0 이 된다. – 이 때의 운동 에너지 K 는 다 음과 같이 표현된다. 플랑크 상수 측정 빛 전자

9 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 광전 효과 실험의 특징 – 운동에너지 K 는 빛의 세기와는 무관 – 빛을 쪼여주면 거의 동시에 전자가 방출됨 – 임계 진동수 이상의 빛만이 전자를 방출시킬 수 있음 광전 효과 실험의 의의 – 빛의 세기를 증가 ( 에너지를 증가 ) 시켜도 운동 에너지의 크기에 영향을 주지 않는다 – 이를 설명하기 위해 빛은 에너지 hf 를 가진 광자 (Photon) 으로 구성되며, 어느 진동수 f 이상을 가진 광자가 금속의 전자와 충돌하여 전자를 방출시킴  빛의 입자성 충돌을 일으킨 전자는 기본적으로 원자핵에 속박되어 있으므로 원자핵보다 더 큰 에너지를 전자에게 전달하면 전자가 원자로부터 떨어져 나온다. 이런 원자 로부터의 속박으로부터 탈출하기 위해서 필요한 에너지를 일함수 (W) 라고 하고 금속의 종류에 따라 결정된다 플랑크 상수 측정

10 Quantum Magnet Laboratory in Chung-ang University 이런 원리로부터 각각 다른 f 를 갖는 광자로부터 플랑크 상수 측정 두 식을 정리를 해주면 W 를 직접 알지 못하더라도 정지 전압과 진동수를 알고 있 다면 플랑크 상수를 구할 수가 있다