▶ 열전자 방출
▶ 전기장 방출
▶ 2차 전자 방출
▶ 광전자 방출
▶ 연습 문제



 

그림 1-11  광전자 방출

그림 1-11에 나타낸 바와 같이, 금속에 빛을 비추면 그 부분에서 전자가 공간으로 방출된다. 이것을 광전자 방출 (photoelectric emission) 이라 하며, 이 때에 방출된 전자를 광전자 (photoelectron) 라고 한다. 이 광전자 방출 현상은, 전자기파인 빛이 금속면에 부딪히면 그 빛의 주파수에 의해 금속 표면의 전기장과 자기장이 진동하므로, 자유 전자는 그의 힘을 받아서 크게 흔들려 에너지 장벽을 넘어 공간으로 방출되어 일어난다. 그리고 빛에는 이와 같은 파동성이 있음과 동시에 입자성이 있다는 것을 아인슈타인 (Einstenin,A.) 이 제창하였다.즉, 주파수 ν [Hz]의 빛은 hν [J]의 에너지를 가지는 광양자 (light quantum) 라 하는 입자가 빛의 속도로 진행한다고 생각한 것이다. 그림 1-11은 어떤 물질에 hν [J]의 에너지를 가지는 광양자를 쬐었을 때, 그 표면에서 최대 방출 속도 v [m/s]로 1개의 광전자가 그 물질의 일함수 eφ [eV]의 장벽을 넘고 다시 의 에너지를 얻는 것이 되므로

아인슈타인의 광자 방정식 -------------------- (1-4)

이 성립된다.
따라서, hν-eφ > 0의 범위에서는 광전자 방출이 되지만, hν-eφ < 0에서는 광전자 방출은 없다. 또, hν-eφ = 0, 즉 일 때 빛의 파장λ0을 광전 한계 파장 (photoelectric threshold wave length) 이라 한다.
또, 광전자 방출의 재료의 일함수 eφ의 값은 알칼리 금속이 가장 낮아서 2 [eV]이하이며, 보통의 금속은 4∼6 [eV] 정도이다. 또, 백금, 텅스텐, 은 등은 표면을 알칼리 금속의 엷은 막으로 싸면 일함수 eφ [eV]를 보다 작게 할 수 있다.
이상의 광전자 방출 현상에 대하여 정리하면, 다음과 같다.
(ㄱ) 광전자 방출량은 빛의 세기가 강할수록 많아지며, 빛의 총량에 비례한다.
(ㄴ) 방출되는 광전자의 탈출 속도는 빛의 파장에만 관계되고, 어느 파장보다 긴 빛에서는 속도가 없어지므로, 빛의 세기에 관계 없이 광전자의 방출은 이루어지지 않는다.
(ㄷ) 실험에 의하면, 광전자가 방출되는 시간은 3×10
-9 [S] 이하로 시간 지연은 거의 없다.

 

예문 2

5000[Å]의 광전자 1개가 가지고 있는 에너지를 구하여라.

풀이

파장 λ = 5000[Å]인 빛의 주파수 ν는
ν = c / λ = 3x108 / 5000x10-10 = 6x1014[Hz]
따라서, 빛에너지 W는 다음과 같이 된다.
W = hν = 6.626x10-34x6x1014 = 3.975x10-19[J]

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