빛의 성질 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

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1 빛의 성질 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

2 빛의 성질 Euclid (~300 BC) , Optica 빛은 직선으로 운동한다고 추측 빛의 반사 법칙을 수학적으로 기술
Lucretius (55 BC) On the nature of the Universe 그리스 철학의 원자론의 영향을 받아 빛이 작은 입자로 구성되었다고 생각 Ptolemy (~100 AD), Optics 빛의 굴절에 대해 기술 Descartes (1637) 빛의 굴절에 대한 이론을 제시. 다른 매질에서 빛의 속도가 다르기 때문에 일어나는 현상이라고 생각. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

3 빛의 성질 입자설 1675 Newton, Hypothesis of Light(빛의 성질에 대한 가설)
이유 : 빛의 직진성은 파동과 부합되지 않는다고 생각. 그러나 빛의 회절 현상을 설명하면서, 빛의 입자가 부근에 작은 파동을 형성한다고 가정하였음. 파동설 1660 Hooke, 1678 Huygens 빛이 음파처럼 간섭을 일으킬 것으로 예측 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 1800 Young 빛의 간섭 현상 관측

4 1800 Young’s sketch of double slit experiment
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5 빛의 성질 입자설 1675 Newton, Hypothesis of Light(빛의 성질에 대한 가설)
이유 : 빛의 직진성은 파동과 부합되지 않는다고 생각. 그러나 빛의 회절 현상을 설명하면서, 빛의 입자가 부근에 작은 파동을 형성한다고 가정하였음. 파동설 1660 Hooke, 1678 Huygens 빛이 음파처럼 간섭을 일으킬 것으로 예측 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 1800 Young 빛의 간섭 현상 관측 1746 Euler 빛의 회절 현상을 파동성으로 설명 그러나, 파동이라면 매질은 무엇인지? – 에테르 : 가상의 매질 1887 Michelson and Morley – 에테르의 존재 관측 실패

6 Fizeau-Foucault apparatus, 1850
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

7 Michelson-Morley Experiment, 1887
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 30 km/s ~ c Fizeau-Foucault 1850 빛의 속도 c 를 약 5 % 정도의 오차 내에서 측정 그보다 훨씬 더 정밀한 측정 도구가 필요

8 Michelson-Morley Experiment, 1887
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 지구의 자전과 공전으로 인해 에테르를 거슬러 운동하는 방향이 바뀌므로 간섭 무늬가 이동하여야 함.

9 Michelson-Morley Experiment, 1887
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10 Michelson-Morley Experiment, 1887
많은 과학자들이 정밀도를 개선하면서 실험을 반복했지만, 에테르의 효과 검출에 실패. Einstein, 1905 진공 중 빛의 속도는 일정 아인슈타인 자신도 1920 년 까지 에테르의 존재를 필요한 것으로 생각하였지만, 결국 에테르의 존재 가설은 불필요한 것으로 결론. 특수 상대성 이론 빛의 입자설에 부합하는 새로운 현상 – 광전 효과 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

11 광전 효과 photoelectric effect
1887 Hertz 에 의해 발견됨. 전극에 자외선을 쪼이면 스파크가 더 쉽게 일어나는 것을 보임. 주어진 금속에 대해 실험 결과를 정리하면, 빛의 주파수가 일정하면, 방출되는 광전자의 수는 빛의 세기에 비례한다. 빛의 주파수가 임계치 이하로 떨어지면, 광전자가 방출되지 않는다. 빛의 세기가 증가하면 방출되는 광전자의 수가 증가하지만, 정지 퍼텐셜은 변하지 않는다. 빛의 주파수가 증가하면 방출되는 광전자의 운동에너지가 증가한다. 즉, 정지 퍼텐셜도 증가한다. 빛의 주파수가 임계 주파수보다 클 때, 광전자의 운동에너지는 주파수에 따라 변화할 뿐, 빛의 세기와는 무관하다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

12 광전 효과 photoelectric effect
금속 내부에는 힘을 거의 받지 않고 자유로이 다니는 자유 전자가 존재한다. 빛 자유전자 – 마치 그릇에 담긴 물과 같다 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 금속 이것은 열 전자 방출과는 완전히 다른 원리이다. 열 전자는 금속이 높은 온도로 달구어져서 열 운동이 활발해지면서 일어나지만, 광전 효과는 금속의 온도가 변화할 만큼 강한 빛을 쏘여서 일어나는 것이 아니다.

13 광전 효과 photoelectric effect
앞의 실험 결과들은 빛을 에너지 알갱이(photon)의 집합으로 생각하면 설명된다. 빛을 이루는 알갱이(photon)의 에너지는 플랑크 상수 h 에 빛의 진동수를 곱한 것과 같다. 빛 이것은 당구공의 충돌처럼 다루어도 좋다. 금속을 탈출하는 전자의 운동에너지는 photon에너지에서 금속을 탈출하는데 드는 에너지 W 를 뺀 것이다. W 를 work function 일 함수라고 한다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 금속

14 광전 효과 photoelectric effect
광전자가 얼마 만큼의 운동에너지를 갖고 금속을 탈출하는지를 측정하려면 전압을 걸어서 전자가 오른쪽 전극에 도달하지 못하도록 방해하면 된다. 광전자가 오른쪽 전극에 도달할 수 없을 때의 전압을 정지 퍼텐셜이라고 한다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

15 광전 효과의 응용 photomultiplier tubes(PMT) – work function 이 작은 금속을 전극으로 사용.
– 빛을 photon 1 개 수준에서도 감지 응용 분야 : 입자 물리, 핵 물리, 의학 (피 검사, 영상 의학), telecine(극장용 영화 필름을 비디오로 변환하는 장치) Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

16 광전 효과의 응용 Night Vision Devices
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17 광전 효과가 적용되는 현상 The Jules Verne Automated Transfer Vehicle (ATV) approaches the International Space Station on Monday, March 31, 2008. 빛이 비치는 부분에서 광전효과로 인해 전자가 방출되어 양의 전하가 쌓이게 된다. 한편, 어두운 부분에서는 주변의 플라즈마로부터 전자가 누적된다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 우주선의 전자 장비에 영향을 끼칠 수 있다.

18 광전 효과가 적용되는 현상 Apollo 11 호 우주인 Aldrin 의 달 표면 발자국
미세한 먼지가 광전 효과로 인해 전자를 잃는다. 양전하를 띄게 된 먼지들이 서로 밀어내면서 공중으로 떠오르게 된다. 마치 달 표면에 공기가 있는 듯한 광경을 연출하게 된다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

19 광전 효과가 적용되는 현상 금성 미세한 먼지가 광전 효과로 인해 전자를 잃는다.
양전하를 띄게 된 먼지들이 서로 밀어내면서 공중으로 떠오르게 된다. 태양 마치 달 표면에 공기가 있는 듯한 광경을 연출하게 된다. Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. Clementine spacecraft, 1994 달

20 광전자 분광학 Photoelectron Spectroscopy
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. X 선, 자외선, 또는 synchrotron radiation을 쪼여 튀어나온 광전자로부터 물질의 전자 구조를 탐사한다.

21 파동-입자 이중성 wave-particle duality
과연 빛은 파동인가, 입자인가? 결론 : 빛은 파동의 성질도 갖고 있고, 입자의 성질도 갖고 있다. de Broglie 의 가설 (1924) 모든 입자는 파동성을 갖고 있다 입자에 결부되는 파동을 물질파라고 이름 붙였다. 이 때 물질파의 파장은 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 즉, 플랑크 상수 h 를 입자의 운동량 p 로 나눈 것이다. 실험적 증명 : 전자 회절 실험

22 회절 diffraction 간섭과 회절은 파동에서 일어나는 현상이다.
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. "no-one has ever been able to define the difference between interference and diffraction satisfactorily. It is just a question of usage, and there is no specific, important physical difference between them.“ R. P. Feynman

23 회절 diffraction 간섭과 회절은 파동에서 일어나는 현상이다.
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24 회절 diffraction 간섭과 회절은 파동에서 일어나는 현상이다.
Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

25 회절 diffraction 간섭과 회절은 파동에서 일어나는 현상이다. 어두운 회절 무늬가 있는 방향
slit 의 상반부를 통과하는 빛과 하반부를 통과하는 빛이 모두 상쇄된다 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 전자를 입사시켜서 회절 무늬를 얻을 수 있다면, 입자의 파동성을 증명하는 것이 된다.

26 전자 회절 electron diffraction
Si (100) 결정면의 전자 회절 무늬 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.

27 전자 회절 electron diffraction
Zn-Mg-Ho quasicrystal 의 전자 회절 무늬 Byeong June MIN에 의해 창작된 Physics Lectures 은(는) 크리에이티브 커먼즈 저작자표시-비영리-동일조건변경허락 3.0 Unported 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다. 입자에도 파동의 성질이 있고, 파동에도 입자의 성질이 있다.