플랑크상수측정-결과보고서

목차

Ⅰ. 실험 제목

Ⅱ. 실험 일자, 목적

Ⅲ. 실험 이론

Ⅳ. 실험 방법

Ⅴ.실험 데이터 및 결과

본문내용

동수 보다 더 큰 광자가 쪼여진다면, 이에 비례하여 광자의 에너지 역시 증가한다는 것이다. 이때의 임계 진동수 는 전자를 금속표면으로부터 떼어내는데 드는 최소 에너지를 지닌 빛의 진동수를 나타낸다.
4. 광전효과를 수식으로서 표현하고, 그 표현들을 분석함으로서 우리가 구하고자하는 Plank's constant "h"를 구할 수 있는 방법을 생각해 보면
광전효과 실험장치에 적당한 진동수를 가진 빛을 쪼여서 광전자가 튀어나오고 있다고 가정하자. 이때 두 전극사이에 역전압(저지전압)을 가변저항을 이용하여 점점 증가시킨다면, 어느 순간에 광전자의 최대운동에너지와 두 전극사이의 전기장에 의해 전자의 운동을 방해하는 전위차에너지의 크기가 같게 되고, 더 이상 전류가 흐르지 않는 순간이 존재할 것이며, 이때의 광전자의 최대운동에너지의 크기는 전위차에너지와 같으므로,
(1)
가 된다. 금속표면에 쪼여진 빛의 에너지는 처음 금속판에서 전자를 떼어내는데 소모된 에너지와 이 최대운동에너지의 합과 같으므로,
(2)
와 같으며, 여기서 는 로서 전자를 금속표면으로부터 떼어내는데 소모되는 에너지인 일함수이다. 이제 위의 식을 저지전압 에 대해서 정리하면 다음의 식을 얻을 수 있다.
(3)
위 식은 진동수-저지전압에 관한 일차 함수식이다. 즉, 진동수에 따른 저지전압(즉 회로에 전류가 흐르지 않는 순간의 전압)의 그래프로서 작성을 하게 되면, 일정한 기울기를 가지는 직선으로서 표현이 된다. 이러한 그래프를 작성해서 그래프의 기울기를 계산한다면, Plank's constant를 계산할 수 있다.
다음 그림은 음극에 입사하는 빛의 세기가 다른 경우 V에 따른 전류의 변화를 나타낸다. V가 양인 경우 전자는 양극으로 끌린다. 높은 V에서는 방출된 모른 전자가 양극에 도달하므로 전류는 최대값이 되며 V가 더 증가하더라도 전류에는 영향이 없다.
Ⅳ. 실험 방법
1. 실험 방법
① plank 상수 측정 장치를 장치한다.
② 파장이 알려진 색 셀로이드의 slit를 장치하고 빛을 조사한다.
③ Coarse, Fine 스위치를 조절하여 검류계의 눈금이 zero가 되게 하고 이 때의 전압을 기록한다.
④ 파장이 다른 slit으로 바꾸고 위의 과정을 반복한다.
⑤ 측정된 저지전압과 Filter 진동수 사이의 graph를 그려서 그 기울기로써 plank 상수를 구해 내거나 Einstein의 광전 효과 방정식을 이용하여 plank 상수를 계산한다.( 여기서 우리는 실험에서 파랑, 빨강, 녹색의 슬릿을 사용하였다.)
색
파장
진동수
노랑
578.0nm
5.19 x 1014Hz
녹색
546.0nm
5.49 x 1014Hz
파랑
435.8nm
6.88 x 1014Hz
보라
404.7nm
7.41 x 1014Hz
Ⅴ.실험 데이터 및 결과
1. BLUE ( 파장: 452.1㎚, 450㎚ )
전압(V)
전류(㎂)
전압(V)
내려주었을 때
전류(㎂)
0
69
0
27
0.1
61
0.1
22
0.2
52
0.2
17
0.3
43
0.3
11
0.4
34
0.4
7
0.5
25
0.5
4.5
0.6
19
0.6
2.5
0.7
12
0.7
1
0.8
6
0.8
0.5
0.9
3
0.9
0.2
1
1
1.0
0.1
1.1
0
1.1
0
2. RED ( 파장: 574.6㎚ )
전압(V)
전류(㎂)
전압(V)
내려주었을 때
전류(㎂)
0
25
0
7
0.1
21
0.1
4.5
0.2
17
0.2
2
0.3
13
0.3
1
0.4
9
0.4
0.09
0.5
7
0.5
0.08
0.6
4
0.6
0.06
0.7
2
0.7
0.04
0.8
1
0.8
0.02
0.9
0
0.9
0
3. GREEN ( 파장: 539.1㎚, 539.2㎚ )
전압(V)
전류(㎂)
전압(V)
내려주었을 때
전류(㎂)
0
45
0
21
0.1
39
0.1
17
0.2
30
0.2
11.5
0.3
21
0.3
5.5
0.4
13
0.4
2
0.5
6
0.5
0.9
0.6
1
0.6
0.4
0.66
0
0.66
0
4. UV- 39 (same as BLUE)
전압(V)
전류(㎂)
전압(V)
내려주었을 때
전류(㎂)
0
72
0
33
0.1
64
0.1
27
0.2
54
0.2
20
0.3
44
0.3
14
0.4
34.5
0.4
8
0.5
26
0.5
5
0.6
17
0.6
2.5
0.7
10.5
0.7
1
0.8
5.5
0.8
0.5
0.9
2
0.9
0.1
1
0
1.0
0
1. 이번 실험은 광전효과 실험 장치를 통하여 Plank's constant "h"를 결정하는 것이 목적이다. 우선 매뉴얼의 지시에 따라 실험 장치를 올바르게 설치한 후 각 파장별 저지전압을 정확히 측정한다면 Plank's constant는 거의 정확한 값으로 측정이 가능할 것이다. 이러한 저지전압 V를 보다 정확히 구하기 위해서, 우선 전압 V-광전류 A 의 그래프를 작성하여, 과연 전압과 광전류의 관계가 비례하는 일차함수의 관계인지 살펴본 후, 그래프를 토대로 하여 저지전압 를 구하는 것이 보다 정확한 저지전압을 구할 수 있는 방법일 것이다. 이러한 방법으로 저지전압을 구한 후에 각 빛의 파장별 진동수-저지전압과의 관계 그래프를 작성하여 그래프(위의 관계식 (3)에서 보여지듯이 일차함수의 직선)의 기울기를 이용하여 쉽게 Plank's constant를 구할 수 있다. 보다 정확한 상수 값의 결정은 진동수에 따른 보다 정확한 저지전압의 측정에 달려있다. 이는 여러 번의 측정을 통하여 실험 결과와의 영향을 통해서 그래프를 분석하여 정확한 저지전압의 값을 선택해 낼 수 있을 것이다.
2. 결국 빛은 파동과 입자라는 양면성을 갖고 있는데, 광전효과는 빛이 입자라는 걸 처음 증명하게 된 실험이다. 금속판에 빛을 쬐어 주면 그 금속판에서 전자가 튀어 나온다는 것인데, 그것을 직접 해보고 플랑크 상수도 구해 볼 것이다.
플랑크 상수를 구하는 방법은 두 가지가 있는데, 먼저 금속판의 일함수를 알 경우 광전효과 방정식에 대입해 구하는 것과, 일함수를 모르더라도 이론상의 방법을 이용하여 플랑크 상수를 구하는 것이다. 두 번째 방법으로 플랑크 상수를 구하면 역으로 금속판의 일함수도 구할 수 있을 것이다.

키워드

플랑크상수,   광전효과,   저지전압,   결과보고서