광전효과,photoelectric_effect

금속,metal 표면에 빛,light을 쪼이면 전자,electron가 방출되는 현상.
그 전자를 광전자라고 한다.

금속에 특정 파장,wavelength보다 짧은 파장의 전자기파,electromagnetic_wave를 (흡수한 다음? 흡수 직후? 흡수와 동시에? 흡수했을 때?) 전자를 방출하는 현상?

광전자photoelectron
광자photon 광자,photon
=??? ≠???

-> 금속 표면으로 들어오는 것이 광자,photon이고, 금속에서 일부가 상황에 따라 탈출하는 전자가 광전자,photoelectron.

실험:
진공관,vacuum_tube 속 두 금속,metal 전극,electrode, 양쪽에 전압,voltage ....
Google:저지전압
암튼 결론이, 광전자의 운동에너지,kinetic_energy 최대값,maximum_value이 빛,light의 세기와 무관하며 빛의 진동수,frequency에만 관련.
이것은 빛의 입자,particle성(즉 광자,photon)을 입증.
광자의 에너지는 $h\nu$
일함수,work_function $\phi_0=h\nu_0$
광전자의 최대운동에너지 $KE_{\rm max}=h\nu-h\nu_0$ ..... (즉 진동수에만 관련)
Hertz의 실험. Einstein이 해석(1921 노벨물리학상 업적).

단어
일함수 work function
기호 φ or W or W0
금속 표면에 양전하의 인력으로 잡혀 있는 (ie 퍼텐셜에너지 장벽에 갇혀 있는) 전자가 표면을 탈출하기 위해 필요한 최소한의 에너지
광전효과실험에서는 복사선으로부터 흡수해야 함
저지전압 stopping potential
광전류 photocurrent


문턱에너지 이상의 에너지,energy를 전달하면 튀어 나갈 줄 알았지만... 그렇지 않았고

문턱진동수(한계진동수, threshold frequency, f0 or ν0)보다 높은 진동수의 빛을 비춰주면 아무리 약한 빛이라도 금방 광전자가 튀어나갔다.

CHK; from http://contents.kocw.or.kr/KOCW/document/2016/chungang/hahnseungsoo/7.pdf
{
문턱진동수 이하에서는 빛의 세기가 아무리 세도 전자가 방출되지 않았다. (빛이 파동이라는 이론으로 설명 불가)

Einstein이 빛을 광자,photon라는 입자의 흐름으로 설명.

광자는 양자,quantum이므로 갖는 에너지가
$E=h\nu$

$h\nu=K+W$
$K=h\nu-W$

빛의 세기가 커짐 → 더 많은 전자 방출
빛의 파장이 짧아짐 → 방출되는 전자의 운동에너지가 커짐
}

일함수(work function): 금속을 박차고 나가는 데 필요한 에너지, W0
Q: 최소한의 에너지?
전자가 에너지 hf인 광자,photon를 흡수하여 금속 표면을 벗어나면 나머지 에너지는 hf-W0가 된다. 이것이 가능한 최대운동에너지이다.
Kmax＝hf－W0
진동수가 $f$ 인 빛을 금속 표면에 비추면 광자 하나 당 에너지가 $hf$ 만큼 전자 하나에 전달되며, 광자의 에너지가 금속의 일함수 이상 $(hf\ge W)$ 이면 금속 표면에서 광전자가 방출. 남은 에너지는 광전자의 운동 에너지 $\frac12mv^2$ 가 되므로,
$\frac12mv^2=hf-W$
  • $hf<W$ 이면 광전자 방출 없음.
  • $hf=W$ 이 광전자가 방출될 수 있는 한계, 이 때의 진동수 $f_0$ 가 한계진동수.


[edit]

물리 돋보기 책 p220

금속,metal에 빛,light을 비추면 전자,electron가 튀어나오는데, 그 운동에너지,kinetic_energy는
T=hν－W
$T=h\nu-W$
T: 운동 에너지
h: 플랑크_상수,Planck_constant
ν: 빛의 진동수,frequency
W: 금속의 일함수,work_function

[edit]

광전효과 그래프 (EBS 장인수 32강)

빛이 가해준 에너지는, (E=hf)
금속판에서 일함수만큼 흡수하고, (W)
일함수보다 에너지가 크면 전자가 튀어 나오는데 이 때 남은 에너지는 튀어 나온 전자의 운동에너지가 된다. (운동에너지의 최대값=Emax 또는 최대운동에너지=최대Ek)
등식을 세우면
$E=W+E_k$
$hf=W+E_k$ (굳이 $E_k=\frac12mv^2$ 로 하지는 않았음)
https://i.imgur.com/2OU4iVZ.png

x축은 진동수 $f$ 축이다.
y축은 운동에너지 $E_k$ 축이다.
일차함수 $y=mx+b$ 꼴로 하면
$E_k=hf-W$
그리하여 기울기가 플랑크 상수 $h$ 이고 y절편이 $-W$ 이다.
x절편 $f_0$ 는 '문턱진동수'이다. (과거 용어: 한계진동수)
기울기는 Δy/Δx이므로
$h=\frac{W}{f_0}$
따라서 일함수는
$W=hf_0$
이렇게 문턱진동수와 비례한다. 이걸 저 위 식에 대입하면 다음 꼴도 가능하다.
$hf=hf_0+E_k$

(이후 x축이 파장 λ인 경우 설명. 이건 생략.)




광양자설 quantum theory of light - 혹은 light quantum theory - 이렇게 영어가 제시되는데, Wikipedia 엔트리 없음, 한국어 단어 '광양자설'과 달리 영어에서 명사화되어 널리 쓰이는 - i.e. 사전에 독립 entry로 등재될 만한 표현 아님. 물론 쓰일 수 없는 표현도 아님. ex. Britannica의 light의 한 section - [https]https://www.britannica.com/science/light/Quantum-theory-of-light
[https]두산백과: 광양자설
[https]물리학백과: 광양자설