결과보고서) 광전효과를 통해 빛에 관한 파동론적 해석이 갖는 한계에 대해 생각해보고 이 효과를 설명하기 위한 빛에 관한 새로운 해석방법인 광자론(입자론)에 대해 이해한다. 또한 이를 통해 플랑크상수를 측정해본다

소개글

결과보고서) 광전효과를 통해 빛에 관한 파동론적 해석이 갖는 한계에 대해 생각해보고 이 효과를 설명하기 위한 빛에 관한 새로운 해석방법인 광자론(입자론)에 대해 이해한다. 또한 이를 통해 플랑크상수를 측정해본다 에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

기서 우리는 이번 실험에서 구하고자 하는 플랑크 상수를 구할 수 있다.
<광전효과를 간단히 보여주는 그림자료>
3) 밀리컨의 방법
아인슈타인의 광전효과 방정식만으로는 금속판의 일함수를 알 수 없기 때문에 직접적으로 구할 수가 없다. 그러나 몇가지 다른 진동수(다른 정지전압)를 갖는 빛에 대하여 정지전압을 측정하며면 두 빛 f1, f2에 대하여 아래와 같은 식이 성립한다.
이를 통해 금속의 일함수를 제거하여 플랑크 상수를 간단하게 얻어낼 수 있다.
3. 실험장치 및 방법
1) 광검출기(photocell detector)
광신호를 검출하여 전기적인 신호로 바꾸어 주는 소자이며, 광검출 소자나 검출하는 광신호의 종류에 따라 다이오드형과 광전도체형으로 나뉜다.
2) 광학대(optical bench)
광학실험을 편리하게 수행하기 위한 작업대로, 옵티컬 벤치라고도 한다. 주요 부분은 길고 정밀도 높은 직선 형상의 강으로 된 레일이고, 그 위를 평행 이동하는 미끄럼대에 광원이나 콜리미터, 렌즈, 시료대, 현미경 등의 광학 부품을 고정시키고 광축을 똑바로 유지하면서 광학계를 조정할 수 있다.
3) 광학필터(optical filter)
빛을 고르게 흡수해 그 세기를 약하게 하거나, 특정한 파장 영역의 빛만을 선택적으로 흡수해 분광분포를 바꾸거나, 또는 특정한 파장만 빼내거나 하기 위해 쓰인다.
4. 실험방법
공통
1) Lamp의 전원을 켜고 최대 밝기의 빛을 발할 때까지 기다린다.
2) 실험기구를 위의 그림 3, 4 (역방향바이어스전압)과 같이 장치한다.
3) 실험을 하기 전에, 케이블이 확실하게 연결되었는지 확인한다.
실험1(역방향바이어스전압모드)
1) 파장이 서로 다른 광학필터를 끼우고, VR의 조정된 전압(역방향바이어스전압)을 0.1V단위로 0V∼2V까지 변화시키며 멀티미터의 전압, 전류(전압으로 측정된)을 각각 20회씩 측정한다
실험2(역방향바이어스전압모드)
1) 파장필터를 끼우고, 광원과 광전셀 사이의 거리 또는 광원전압을 변화시켜 조사광의 “세기”를 조정한 후 VR의 조정된 전압(역방향바이어스전압)을 0.1V단위로 바꾸며 멀티미터의 전압, 전류(전압으로 측정된)을 각각 20회씩 측정 그래프를 그린다.
실험3(순방향바이어스전압모드)
1) 그림4의 회로에서 VR의 전압방향을 바꾸어(전원부 +,-플러그 위치를 서로 교체 함) 순방향전압형태로 구성한 후
2). 파장이 서로 다른 광학필터를 끼우고, VR의 조정된 전압(순방향바이어스전압)을 0.1V단위로 0V∼2V까지 변화시키며 멀티미터에서 전압, 전류(전압으로 측정된)을 각각 20회씩 측정한다
실험4(순방향바이어스전압모드)
1) 파장필터를 끼우고, 광원과 광전셀 사이의 거리 또는 광원전압을 변화시켜 조사광의 “세기”를 조정한 후 VR의 조정된 전압(순방향전압)을 0.1V단위로 바꾸며 멀티미터가 표시하는 전압, 전류(전압으로 측정된)을 각각 20회씩 측정 그래프를 그린다.
5. 실험결과
실험1
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
ParameterValueError
------------------------------------------------------------
A4.9168E-201.22536E-20
B2.6672E-203.69461E-21
------------------------------------------------------------
RSDNP
------------------------------------------------------------
0.97241.16834E-2051
------------------------------------------------------------
이 그래프는 파장(필터)에 따라 정지전압을 측정한 값이다. 파장에 따라 진동수가 증가하면 광자의 에너지가 증가하기 때문에(E=hf) 정지전압과 1차함수로 비례해야한다. 여기서 R값이 선형성을 나타내는 지수이므로 1에 가깝기 때문에 빛의 진동수와 정지전압이 선형적으로 비례함은 알 수 있었다. 하지만 플랑크 상수는 여기서 그래프의 기울기이고 일함수는 Y절편이다. 하지만 우리의 실험결과에서 기울기는 B=4.92*10^-20 eVs 로 원래값인 4.13*10^-15eVs 보다 훨씬 작게 측정되었다. 게다가 일함수 또한 -로 측정되어 이번실험은 무의미한 실험이었다.
p.s 홈페이지에 올라와있는 매뉴얼의 그래프도우리의 그래프와 양 축값의 단위가 같은데 이런 큰 차이가 어디서 오게

키워드

photoelectric effect,   광전효과,   현대물리실험,   부산대학교,   물리학과