광전효과

특정 파장의 빛이 금속 표면에 닿으면 전자가 방출됩니다. 이를 광전 효과라고 합니다. 전자의 이러한 방출을 일으킬 수있는 빛의 최소 주파수는 금속에 특정 임계 값 주파수라고합니다. 임계값 주파수보다 낮은 주파수를 가진 빛은 고강도일지라도 전자의 방출을 시작할 수 없습니다. 그러나, 주파수가 임계값보다 높을 때, 배출된 전자의 수는 빔의 강도에 직접 비례한다.

고전 파도 이론에 따르면, 파도의 에너지는 주파수가 아닌 강도 (진폭에 따라 다름)에 따라 달라집니다. 이러한 관찰의 한 부분은 주어진 기간 내에 배출된 전자의 수가 밝기가 증가함에 따라 증가하는 것으로 보였다는 것입니다. 1905년, 알버트 아인슈타인은 플랑크의 양자화 결과를 빛의 불신된 입자 보기에 통합하여 역설을 해결할 수 있었습니다.

아인슈타인은 플랑크가 추정한 정량화된 에너지가 광전 효과의 빛에 적용될 수 있다고 주장했다. 금속 표면을 치는 빛은 파도로 볼 수 없습니다, 대신 그 에너지가 주파수에 의존 입자 (나중에 광자라고) 입자의 스트림으로 볼 수 있어야합니다, 빛 패킷의 에너지의 양(E)다음 방정식에 따라 주파수 (θ)에 따라 달라집니다 :

여기서 h는 플랑크의 상수입니다.

광전 효과는 빛이 정량화된다는 가정하에 설명할 수 있다. 전자가 경험하는 결합 에너지(Φ)를 극복하기 위해서는 최소 에너지가 필요합니다. 이것은 또한 금속의 작업 기능(W)으로알려져 있습니다.

금속의 전자는 일정량의 결합 에너지가 있었기 때문에 사고 광은 전자를 해방하기 위해 더 많은 에너지를 필요로 합니다. 저주파 광자는 금속에서 전자를 배출하기에 충분한 에너지를 포함하지 않습니다. 금속이 장시간 이러한 빛에 노출되더라도 전자의 방출은 관찰되지 않습니다. 전자는 작업 기능보다 에너지가 큰 광자가 금속에 닿는 경우에만 방출될 수 있습니다.

광자의 과도한 에너지는 방출된 전자의 운동 에너지로 변환됩니다.

따라서 전자는 충분한 에너지를 갖는 광자(임계값보다 큰 주파수)에 의해 타격을 받을 때 배출됩니다. 입사 광의 빈도가 클수록 탈출 전자에 대한 충돌에 의해 부여된 운동 에너지가 커집니다. 아인슈타인은 또한 빛의 강도가 들어오는 파도의 진폭에 의존하지 않고, 대신 주어진 기간 내에 표면을 치는 광자의 수에 대응했다고 주장했다. 밝기에 따라 배출된 전자의 수가 증가합니다. 들어오는 광자의 수가 많을수록 전자와 충돌할 가능성이 높아집니다.

광전 효과는 빛의 입자 거동을 강력하게 암시합니다. 아인슈타인은 광전 효과에 대한 그의 설명에 대한 1921 년 물리학노벨상을 수상했다. 많은 빛 현상이 파도 나 입자의 관점에서 설명 될 수 있지만, 빛이 이중 슬릿을 통과 할 때 얻은 간섭 패턴과 같은 특정 현상은 빛의 입자보기에 완전히 반적했으며 광전 효과와 같은 다른 현상은 빛의 파도보기와 완전히 반대되었습니다. 어떻게 든, 깊은 기본 수준에서 여전히 완전히 이해되지, 빛은 파도와 입자 와 같은 모두입니다. 이를 파입자 이중성이라고 합니다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 6.1: 전자기 에너지에서 적용됩니다.