7주 혁명2- 양자역학1 : 양자역학의 태동

 

열이 전달되는 3가지 방법

* 전도

- 열이 중간 물질을 타고 이동

주로 금속에서 발생함

* 대류

- 데워진 물질이 이동하여 열을 전달함

난로, 물 끓이기

* 복사

- 에너지가 직접 이동함

난로를 보는 방향만 따뜻해 지는 경우

※ 전자기파(빛)

전하의 진동(위치 변화)으로 전기장과 자기장이 진동하면서 만들어지는 파동

따라서, 빛은 에너지를 직접 전달할 수 있다.

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흑체복사

※ 흑체(Black Body)

- 들어오는 모든 빛을 흡수하는 물체(낮은 온도에서는 검게 보인다.)

- 또한 흑체는 스스로는 자신의 온도에 맞게 전자기파를 방출한다.

실제로 100% 빛을 흡수하는 물질은 없다.

따라서, 공동에 작은 구멍을 뚫으면 그 동공을 흑체라고 할 수도 있다.

우리가 물체를 볼 때 스스로 빛을 내는 것이 아니라 주위의 빛을 반사시키는 것이다.

온도에 따라 색이 달라짐

사과가 빨갛게 보이는 이유는 반사된 빛을 보게 되는데,

빨간색 빛만을 반사하고 주노초파남보의 빛은 흡수하기 때문이다.

빛에는 2가지의 빛이 있다.

1. 반사해서 내는 빛

2. 온도가 올라 스스로 내는 빛

※ 색온도

흑채복사 에너지 실험결과와 그 온도와 가시광선과 매치시켰을 때

사람눈에 어떻게 보이는가이다.

따라서 흑체 복사실험을 통해 2가지를 알 수 있다.

1. 거의 모든 전자기파의 빛들이 섞여있다.

2. 온도가 올라가면 많이 나오는 빛이 빨간색부터 시작해서 파란색이 진행된다.

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플랑크의 양자가설

1900년12월 14일에 플랑크가 양자가설을 발표

양자가설이란?

1. 빛의 에너지는 기본단위가 존재한다.

2. 빛은 기본 에너지의 정수 배만큼만 에너지로 가질 수 있다.

3. 빛 에너지의 기본 단위는 진동수에 비례한다.

※ 진동수(색)에 따라 빛 에너지의 기본 단위가 다르다

Q. 플랑크가 양자가설을 만든 이유는?

A. 오로지, 실험결과를 잘 설명하기 위해

양자혁명의 아머지 막스 플랑크(Max Planck,1858~1947)

양자역학의 의미를 깨달은 후에는 양자역학을 거부함!

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광전효과와 아인슈타인의 광양자설

광전효과

- 빛의 에너지는 어떤 기본단위(빛의 입자성)가 존재한다는 것을 잘 보여줌

- 금속에 빛을 비추면 전자가 튀어나오는 현상

- 빛의 에너지가 금속 안에서 돌아다니던 전자에게 전달되어 전자가 튀어나오는 것

※ 광전효과의 특이점

- 아무리 강한 빛을 쪼여도 진동수가 작으면 전자가 나오지 않음

- 아무리 약한 빛을 쪼여도 진동수가 크면 전자가 튀어 나온다.

빛이 파동이라는 것으로 설명이 불가능하다는 것이다.

1905년에 아인슈타인은 빛의 입자가설을 통해 <광양자설>을 제안했다.

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콤프턴 효과와 빛의 입자성 정리

콤프턴 효과

빛의 입자성을 직접 보여주기 위해 빛과 전자의 충돌 실험을 하였는데

빛과 전자가 충동하였더니 튕겨저 나갔다.

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빛의 입자를 증명하는 3가지

1. 흑체복사

2. 광전효과

3. 콤프턴 효과

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※ 파동이란?

입자들이 협동으로 만들어진다.

틀별한 궤도 없이 여러 방향으로 동시에 전달

* 매질은 그 자리에 남아 있어야한다.

※ 입자란?

공처럼 한 방향으로 일정한 궤도를 따라 움직인다.

입자 하나가 한쪽에서 다른 쪽으로 직접 움직여서 에너지를 전달

하지만 빛은 파동과 입자의 성질을 동시에 갖고 있다!