호랑사과
물리전자 4주차 본문
Photoelectric Effect(광전효과)는 강한 에너지를 가진 빛이 들어오면 도체평판에 때려 에너지가 높을수록 전자가 튀어나올 가능성이 높아지는 현상을 이야기합니다. 이 튀어나오는 전자를 Photoelectron(광전자)라고 합니다. 빛은 전기장과 자기장이 반복해서 움직입니다.
빛의 주파수 f와 빛의 에너지 E를 나타낸 식입니다. 빛의속도, 3*10^8m/s이고 h는 Planck 상수입니다.
특정 주파수의 빛이 들어오면 
진공상태의 튜브 안에서 도체에서 광전자가 튀어나가서 반대편으로 갑니다. 튀어나온 도체는 +가 되고 광전자가 이동한 도체는 –가 됩니다. 충분한 광전자가 이동해야 회로에 전류가 흐릅니다.
사람들은 빛은 처음에 파동이라고 생각했습니다. 그러나 실제로 실험을 했더니 예상과 달랐습니다. 연속적이 아닌 비연속적이였습니다.
그래서 빛을 보는 관점을 입자성으로 보았습니다. 파동은 파장을 갖는 에너지의 흐름으로 주파수가 있었지만 입자성에서는 개별적인 에너지를 가진 photon(광자)가 흐르면서 에너지를 전달합니다. 금속에 있는 전자들이 빛 에너지를 완전히 흡수하거나 하나가 에너지를 맞고 튀어나갑니다. 두 가지 현상 밖에 없습니다. Stopping potential값도 물질에 따라 달라집니다.
Work function(일함수)는 광전효과가 일어나기 위한 최소한의 에너지를 이야기합니다. Stopping point=0은 전자가 튀어나오기 직전 값이지만 에너지가 없습니다. 이때 h*f=q*Φ인데 이때의 f는 Cutoff frequency입니다. 이는 광전효과가 일어나지 않는 가장 높은 주파수를 의미합니다. Work function이 작을수록 에너지가 적은 빛이 들어와도 광전효과가 일어납니다.
빛을 쬐었을 때 전자의 반응은 그 원소에 따라 여러 가지 빛이 나옵니다. 일반적인 빛은 연속적인 스펙트럼을 보여주지만 위 그림의 Hydrogen Lamp같이 비연속적인(discrete) 스펙트럼을 나타냅니다. 원자 안의 전자가 잃게 되는 에너지만큼 Photon Emission(빛)이 발생합니다.
이 에너지 차이가 발산하는 빛의 파장과 주파수를 결정합니다. 위의 그림에서 빨간색 파장이 짧지만 에너지가 강합니다. ν는 주파수, c는 빛의 속도, n은 energy state(level)입니다. N이 작을수록 방출되는 주파수가 작아집니다. 주파수가 높아질수록 (파장이 짧아질수록) 스펙트럼의 공간이 촘촘해집니다.
Lyman, Balmer, Paschen 세가지 식을 일반화 한 식이 Rydberg Model입니다.
수소원자를 바탕으로 만든 Bohr Model(보어 모델)에서 전자는 껍질 안에서 분포되어 있습니다. Energy level의 수는 정해져있습니다. Energy level들 사이에 전자가 분포하지는 않습니다. 에너지를 전자가 흡수하게 되면 에너지 상태가 높아집니다. 에너지를 완전히 흡수하게 되면 전자가 방출됩니다. 전자는 낮은 Energy state(Level)로 갈려는 성질이 있는데 낮아질 수록 불안정해집니다. △E의 단위는 J입니다.
플랑크 상수는 상태(J, eV)에 따라 잘 구분해서 써야합니다.
출처 : 교수님의 강의 자료
