실제 광전지: 나트륨의 일함수

1 · 예측

나트륨의 일함수는 2.28 eV로, 약 544 nm(황록색 빛)의 문턱 파장에 해당합니다. 붉은 빛(약 650 nm)은 아무리 밝더라도 나트륨에서 광전자를 방출시킬 수 있습니까?

• 네, 빛이 충분히 밝다면요.
• 빛이 얼마나 오래 비치는지에 따라 달라집니다.
• 아니요. 적색광의 광자 에너지는 나트륨의 일함수보다 낮으므로 강도에 관계없이 전자가 방출되지 않습니다.

2 · 설정

1. sodium-photocell 사전 설정을 열고 재설정을 누릅니다. 나트륨의 일함수는 2.28eV입니다.
2. 광자 에너지 및 광방출 상태 표시를 활성화하세요.
3. 각 시행에 대해 빛의 파장을 설정하고 최대 운동 에너지를 기록합니다(임계값 미만인 경우 0).

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 K_max(y축)를 파장 λ(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 어떤 파장에서 K_max가 0이 됩니까?

4 · 분석

1. 한 시행에 대해 E_γ = hc/λ를 계산한 다음, φ = 2.28 eV를 사용하여 K_max = max(0, E_γ − φ)를 계산하세요. 표와 비교하세요 — 가장 긴 파장의 시행이 K_max = 0을 주는지 확인하세요.
2. 나트륨의 임계 파장은 λ_threshold = hc/φ ≈ 544 nm입니다. 이보다 긴 파장(낮은 광자 에너지)은 빛의 강도에 관계없이 나트륨에서 전자를 방출할 수 없는 이유를 설명하십시오.

5 · 확장

1. 태양 스펙트럼과 일치하는 일 함수를 갖도록 다양한 광전지 재료가 선택됩니다. 일함수가 너무 높은 물질이 태양의 가시광선을 전기로 변환하는 대신 대부분을 낭비하는 이유를 설명하십시오.
2. 이 실험에서는 K_max가 밝기가 아닌 파장(색상)에 따라 달라지는 것을 보여줍니다. 임계값 이상으로 고정 파장의 밝기를 높이면 빛의 물리적 특성이 어떻게 변합니까?

이 실험의 물리학

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