광전 효과

빛을 광자로 보기

광자 모형에서 각 광자의 에너지는 hf입니다. 여기서 h는 플랑크 상수, f는 진동수입니다. 빛이 더 밝다는 것은 광자가 더 많다는 뜻이지만, 광자 하나의 에너지는 세기가 아니라 진동수에 의해 결정됩니다.

문턱 진동수

각 광자가 물질의 일함수를 넘을 만큼 충분한 에너지를 가져야만 전자가 방출됩니다. 그래서 그보다 낮은 진동수에서는 빛이 아무리 강해도 전자가 나오지 않는 문턱 진동수가 존재합니다.

시뮬레이션으로 확인하기

시뮬레이션에서 빛의 진동수와 금속 표면을 바꾸어 광전자가 언제 나타나는지 확인해 보세요. 문턱 진동수와 정지 전위를 아인슈타인 방정식의 예측과 비교할 수 있습니다.

빛은 부드러운 파동이 아니라 각각 고정된 에너지를 가진 광자라는 작은 덩어리로 금속에 도달한다. 광자 하나의 에너지가 금속의 일함수(전자를 붙잡아 두는 에너지) 이상일 때만 전자가 빠져나온다. 남은 에너지는 튀어나가는 전자의 운동 에너지가 된다.

KEₘₐₓ = h · f − φ

• KEₘₐₓ — 최대 운동 에너지 (eV): 튀어나온 전자가 가져가는 최대 에너지
• h — 플랑크 상수 (eV·s): 광자의 진동수와 에너지를 잇는 아주 작은 상수
• f — 진동수 (Hz): 매초 도달하는 빛 파동의 수
• φ — 일함수 (eV): 금속에서 전자를 끌어내는 데 필요한 최소 에너지

나트륨 표면에 도달하는 광자가 3.1 eV의 에너지를 가진다. 나트륨의 일함수는 2.1 eV이다. 튀어나온 전자의 최대 운동 에너지는?

• hf = 3.1 eV
• φ = 2.1 eV

1. KEₘₐₓ = h · f − φ
2. KEₘₐₓ = 3.1 eV − 2.1 eV

KEₘₐₓ = 1.0 eV

시뮬레이션 해보기

• 광전 효과 문턱값