현대 물리

앞서 배운 광전효과, 콤프턴 산란을 다시 생각해보면 빛은 입자라고 말하고 있으나 해당 실험이 있기 전에 사람들은 빛은 무조건 파동이라 생각했다. 즉, 빛을 파동이라 생각했으나 입자성도 같이 가진다는 사실을 알아낸 것이다. 이에 드브로이는 이렇게 생각했다. 그렇다면, 사실 파동이라 생각했던 빛이 입자성도 가지고 있다면 사실 입자라고 믿고 있던 물질들도 파동성을 띄지는 않을까? 라고 말이다. 결론적으로 이렇게 물질들의 파동성을 밝혀낸 것이 드브로이 물질파이다. 따라서 플랑크가 제시했었던 다음 빛의 운동량식을 변형하여 로 물질파 파장을 정의하였다. 이제 물질이 파동임을 증명하는 아래 회절 실험을 보자. 드브로이 물질파 정의에 따르면 물질파의 파장은 플랑크 상수에 비례하고 운동량에 반비례 하는데 플랑크 상수는 ..

지난 시간까지 광전효과에 대해 공부했다. 이번 강의에서는 컴프턴 효과를 두가지 뉴턴 역학적으로, 상대론적으로 두가지 방법을 통해 증명할 것이다. 처음 볼때는 약간 빡세다고 생각될 수 있겠으나 익숙해지면 쉬울 것이다. 1923년 콤프턴은 흑연으로 부터 반사되는 X선을 연구하면서 광자 개념의 또 다른 증거를 발견했다. 고전적으로, 입사하는 빛과 방출되는 빛의 진동수가 같아야하지만 콤프턴은 흑연에서 반사되는 X선이 위그림 처럼 두 개의 성분을 갖고 있음을 발견했다. 이때 다음 두 물리적 양의 관계는 어떠한지를 알아보자. 먼저 결론부터 말하자면 다음과 같은 관계식을 갖는다. 이제 이 수식을 유도(증명)해보자! 먼저 뉴턴 역학적 증명을 해보자. Sol1) 뉴턴 역학적 증명 이때는 한 가지 가정이 필요한데, 튀어나..

지난 강의까지 광전효과의 이론과 실험을 모두 공부했다. 이번 시간에는 광전효과 개념을 명확히 다지기 위해 문제 몇가지를 같이 풀어보자. 아래 문제는 광전효과의 기본 개념을 물어보는 문제이다. 문제1) 금속 표면에 파장이 400nm인 빛을 비출 때 방출되는 광전자의 최대 운동 에너지가 1.6eV 이었다. (단, h(플랑크상수) = 6.626 * 10^-34 Js, c(빛의 속력) = 3 * 10^8 m/s, 전자의 전하량 = 1.6 * 10^-19 C 이다) - (1) 이 금속의 일함수는 몇 eV 인가? - (2) 이 금속 표면에서 4.6eV의 최대 운동 에너지를 가진 광전자를 방출하려면 어떤 파장의 빛을 비춰 주어야 하는가? (1)은 다음과 같이 풀 수 있다. 그렇다. 단순한 계산 문제이다. (2) 또한..

앞선 강의에서 광전효과의 이론을 공부했다. 이번 강의에서는 광전효과를 직접 검증하는 실험에 대해 알아보자. 먼저 실험을 위한 회로 구성은 다음과 같다. 위 회로에서 전지는 도선을 기준으로 위 아래 각각 5V라고 생각하자. 또한 금속의 일함수는 3eV이고 비춰준 빛은 7eV라고 하자. 마지막으로 접지를 해주었다. (음극이 항상 0V가 되도록) 즉 아래와 같이 생각하자. 이때 음극이라는 것은 (-) 의미의 음이라기 보다는 그냥 금속이 달린 기준점을 음극이라 생각하는 것이 편하다. 또한 양극이라는 것은 음극의 금속에서 전자가 빠져나와 들어가는 곳이다. a - b 저항을 이용하여 음극과 양극 양단의 전위차 (전압 차)를 조절할 수 있다. 다음과 같이 말이다. 이렇게 전위차를 조절하는 것이 이 실험의 핵심이다. ..

지난 시간까지 흑체복사에 대해 공부했다. 이번 강의 부터는 광전 효과에 대해 알아보자. 먼저 일함수라는 것을 아는 것이 중요한데, 일함수란 금속이 가지는 고유한 에너지로서 특정 에너지를 금속에 가했을때 금속에서 전자가 빠져 나오기 위한 최소 에너지이다. 예를 들어 어떤 금속의 일함수가 4eV(전자 볼트)라 가정해보자. 이때 이 금속에 3eV만큼의 에너지를 가진 빛을 비추어 준다면 전자는 튀어 나올 수 없다. 왜냐하면 비추어준 빛의 에너지가 일함수보다 커야! 하기 때문이다. 따라서 1시간을 비추든, 100년을 비추든 3eV 에너지를 가진 빛에 의해서는 전자가 빠져 나올수 없다. 그러나 5eV만큼의 에너지를 가진 빛을 비추어 준다면 전자는 튀어 나오게 된다. 이렇게 전자가 빠져 나올지 안나올지를 결정하는 (..