학문
냉철한라마35
광전효과 실험에서 문턱진동수보다 작은 빛을 쬐어줄 때
금속판에 빛을 비추어 전자를 튕겨내는 광전효과 실험 시, 빛의 세기를 아무리 강하게 만들어도 비추어주는 빛의 진동수가 문턱진동수보다 작으면 전자가 안 나오는 이유를 설명해 주세요.
7개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
광전효과에서는 빛을 광자라는 작은 에너지 덩어리로 생각하는데, 광자 한 개의 에너지는 빛의 진동수에 따라 결정됩니다.
금속에서 전자가 튀어나오려면 광자 한 개가 금속의 일함수보다 큰 에너지를 가져야 하는데, 문턱진동수보다 낮은 빛은 광자 하나의 에너지가 부족하기 때문에 전자를 밖으로 빼낼 수 없습니다.
빛의 세기를 높여버리면 광자의 개수는 많아질지 몰라도 광자 하나가 가진 에너지가 커지는 것은 아닙니다. 그래서 아무리 강한 빛을 비춰도 진동수가 문턱진동수보다 낮다면 광전자는 방출되지 않는 것입니다.
광전효과에서는 빛의 세기보다는 광자 하나의 에너지, 다시 말해 진동수가 전자 방출 여부를 결정한다고 보시면 되겠습니다.
채택 보상으로 462베리 받았어요.
채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
빛은 광자라는 에너지 덩어리로 전달되는데 광자 하나의 에너지는 진동수로만 정해집니다.
문턱진동수보다 낮으면 광자 하나의 에너지가 일함수보다 작아서 전자를 못튕겨냅니다.
세기를 높여도 광자 개수만 늘뿐 광자 하나의 에너지는 그대로라서 전자가 안나온답니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
빛은 에너지가 E = hf인 광자 덩어리로 전달되고, 금속 속 전자 하나는 광자 하나를 통째로 흡수해요. 전자가 금속 표면을 벗어나려면 일함수 W만큼의 에너지가 필요한데, 광자 하나의 에너지 hf가 W보다 작으면 흡수해도 탈출할 만큼 에너지를 얻지 못해요.
빛의 세기를 높이면 광자 하나의 에너지가 커지는 게 아니라 1초에 쏟아지는 광자 수만 늘어나요. 약한 광자가 아무리 많이 와도 전자 하나가 여러 개를 모아 합치지 못하고, 흡수한 에너지는 순식간에 열로 흩어져요. 그래서 세기가 아니라 진동수가 문턱 hf₀ = W를 넘느냐로 전자 방출 여부가 정해져요.
문턱을 넘으면 튀어나온 전자의 최대 운동에너지는 hf − W이고, 이때 세기를 키우면 나오는 전자 수가 늘어요. 아연은 일함수가 약 4.3eV라 파장 290nm보다 짧은 자외선을 비춰야 전자가 나오고, 빨간빛 광자(약 1.8eV)는 아무리 밝게 비춰도 전자를 떼어내지 못해요. 빛을 파동으로만 본 고전 이론은 이 문턱을 설명하지 못했고, 아인슈타인이 광자설로 풀어냈어요 :)
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
광전효과에서 빛은 연속적인 파동이 아니라 하나하나의 에너지 알갱이인 광자로 행동합니다 이때 전자가 금속을 뚫고 나오려면 광자 단 한 개가 가진 에너지가 전자를 묶어두는 최소한의 에너지인 일함수보다 커야 합니다 만약 진동수가 문턱진동수보다 작다면 광자 한 개가 가진 에너지가 일함수보다 작기 때문에 전자를 튕겨내지 못합니다. 빛의 세기를 강하게 만드는 것은 광자의 에너지를 높이는 것이 아니라 초당 쏟아지는 광자의 개수를 늘리는 것뿐이므로 에너지가 부족한 광자 수백만 개가 부딪혀도 전자는 나올 수 없습니다. 따라서 에너지가 부족한 빛은 세기와 관계없이 전자를 방출시키지 못하며 오직 진동수가 문턱진동수 이상인 빛을 비추어야만 즉시 전자가 방출됩니다
안녕하세요.
광전효과에서 전자 하나가 빛의 에너지를 받아 금속에서 빠져나와야 하는데, 빛 한 개의 에너지는 진동수에 의해 결정돼요. 진동수가 문턴진동수보다 낮으면 광자 하나의 에너지가 금속의 일함수보다 작기 때문에 저자를 떼어낼 수 없게 되죠.
빛의 세기를 아무리 높여도 광자의 개수가 많아질 뿐, 각각의 광자 에너지가 커지는 건 아니에요.
그래서 낮은 진동수의 빛을 아무리 강하게 비춰도 전자가 방출되지 않는 것이고, 반대로 문턱진동수보다 높은 빛이라면 세기를 높일수록 방출되는 전자의 수가 증가해요.
감사합니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
문턱 진동수보다 작은 빛은 전자를 내보내지 못합니다. 이유는 빛은 광자라는 알갱이이기 때문이죠. 그래서 전자와 1대1로 충돌하게 됩니다. 하지만 광제 에너지는 진동수로만 결정이되기 때문에 에너지가 일함수보다 작은겁니다. 그래서 전자가 튕겨져서 나가지 못하기 때문에 진동수가 제일 중요한 겁니다.
빛을 아무리 세게 비춰도 소용이 없는게, 약한 광자의 수만 늘어나기 때문이죠. 그리고 전자는 에너지를 모으지 못하기 때문에 낱개 광자의 힘이 약하면은 전자를 못 밀어내게 되죠. 그래서 반드시 문턱진동수를 넘어야만 하는겁니다.
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 빛을 전자를 튕겨내는 공이라고 생각하면 이해하기 쉽습니다.
빛의 진동수가 낮으면 공 하나하나의 힘이 약해서 금속에 있는 전자를 밖으로 튕겨낼 만큼의 에너지가 없습니다. 이때 빛을 아무리 강하게 해도 약한 공을 많이 던지는 것과 같기 때문에 전자가 나오지 않습니다.
반대로 빛의 진동수가 충분히 높으면 공 하나의 힘이 강해져서 전자를 튕겨낼 수 있습니다. 그리고 이 상태에서 빛의 세기를 높이면 강한 공의 개수가 많아지는 것이므로 튀어나오는 전자의 수도 많아집니다.
결국 광전효과에서는 진동수 → 빛 한 개가 가진 에너지, 빛의 세기 → 빛의 개수 라고 생각하면 됩니다. 그래서 문턱진동수보다 낮은 빛은 아무리 밝게 비춰도 전자를 튕겨낼 수 없는 것입니다.