광전 효과
19세기 말 고전 물리학의 가장 큰 문제 중 하나는 빛의 광선이 금속판에 집중되었을 때 어떤 일이 일어났는지 설명하는 것이었습니다. 이 당시에는 양자 역학에 대한 완전한 이론이 아직 없었다는 것을 기억할 가치가 있습니다.
원자 및 기타 작은 입자와 관련된 현상을 설명하기 위해 고전 역학을 사용하여 이러한 문제를 고전적인 방식으로 처리하는 통계 역학이 개발되었습니다.
광전 효과라고 하는 현상은 광선을 사용하여 금속의 가장 바깥쪽 층에서 전자를 제거하는 것을 포함합니다. 그 당시 빛은 여전히 전자기파로 이해되었고, 빛의 세기가 클수록 더 많은 에너지를 전달한다고 가정했습니다. 그 당시의 고전 역학을 사용하여 결과는 빛의 주파수에 관계없이 빛이 금속에 떨어질 때마다 물질에서 전자를 떼어내기 위해 빔의 강도를 증가시킬 수 있다는 것이었습니다. 전압계를 사용하여 벗겨진 전자의 에너지를 측정할 수 있었습니다.
그러나 실험에서 보여준 것은 그렇지 않았습니다. 단색 광선(단일 주파수)이 금속판에 초점을 맞추면 전자가 금속에서 분리되거나 분리되지 않을 수 있습니다. 만약 그렇다면, 그러한 전자는 일정한 에너지를 가질 것이고, 빛의 세기를 증가시키면 다른 에너지를 가진 전자를 낚아채는 것이 아니라 이전과 같은 에너지를 가진 더 많은 양의 전자를 낚아채는 결과를 낳습니다. 전자가 빛의 입사에 의해 찢어지지 않았다면 빛의 강도를 증가시켜도 금속에서 전자가 찢어지지 않았습니다. 더욱이, 입사광의 주파수가 감소하는 방식으로 변화된다면, 주어진 금속에 대해 항상 차단 주파수라고 하는 주파수가 존재하며, 그 이하에서는 금속에서 전자를 제거할 수 없습니다. 빛의 강도. 따라서 이론은 실험과 상충되었습니다. 이미지 아래에는 상호 작용할 시뮬레이터가 있습니다.
플랑크 상수를 채택한 아인슈타인에 따르면 광자 방정식은 ...
여기서 h - 플랑크 상수, ν - 주파수 및 𝜙 - 작업 함수
아인슈타인이 이 방정식에서 의미한 것은 주어진 매우 낮은 주파수에 대해 우리가 그 빛의 강도를 동일한 주파수로 증가시키면 독립적으로 전자를 판에서 떨어뜨리는 것만으로는 충분하지 않다는 것입니다. 그러나 금속판에 매우 높은 주파수의 빛을 집중시키면 결과적으로 이 판에서 전자가 방출되고, 광도를 고주파로 높이면 방출되는 전자의 양이 많아집니다. (𝜙) - 이 방정식에 나타나는 일함수는 판에서 전자를 제거할 수 있는 최소값이 있음을 알려줍니다.
(h .ν )가 (𝜙) 보다 작으면 전자 는 판을 떠나지 않을 것입니다
(h .ν)가 (𝜙) 전자 보다 크면 보드에서 나올 것 입니다.
이것은 𝜙 각 금속 유형에 대한 특정 값을 가지고 있습니다. 이것은 금속의 원자 사이의 정전기 결합으로 인해 발생합니다. 우리는 자유 전자, 즉 소위 원자가 껍질에 있는 전자만 제거할 수 있다는 것을 압니다. 그 이유는 덜 에너지적이고 따라서 원자 궤도에서 쉽게 분리되기 때문입니다. 이 일 함수 𝜙는 정확히 광자가 원자 사이의 결합 에너지를 끊고 전자를 녹아웃시켜 검출기에 전류를 생성하는 데 필요한 값입니다. 더 잘 이해하기 위해 아래 애니메이션 광전 효과에 대해 설명하면 이 개념을 이해하는 데 도움이 됩니다. 조종하다 접시 위의 빛의 세기와 색상 스펙트럼의 주파수 및 이러한 보드가 만들어지는 재료 유형 간의 전환. 그리고 무슨 일이 일어나는지 보십시오.
그것에 의하여, 이 실험을 통해 알버트 아인슈타인은 빛이 단순히 입자와 파동이 아니라 둘 다라고 말합니다! 어떤 현상의 경우 빛은 파동 행동을 하고 다른 현상은 미립자 행동을 합니다.