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빛과 물질이
만나면
오늘은 빛이 물질과 만나면 어떤 일이 일어나는지 미시적으로 알아보도록 하겠습니다.
물질에서 전자와 포톤의 관계
물질은
원자로 이루어져 있으며 원자는 중심의 원자핵과 바깥쪽의 불연속적인 에너지 궤도만 도는 전자로 구성되어 있습니다.
전자 궤도 간의 에너지 차이와 동일한 에너지를 가지는 포톤이 들어오면 전자가 포톤을 흡수하여 낮은 궤도에서 높은 궤도로 이동하지만
포톤의 에너지가 이보다 크거나 작으면 전자는 포톤을 흡수하지 못합니다. 마치 철봉을
잡으려고 뛰어올랐다면 너무 높이 뛰어올라도 철봉을 잡지 못하고 너무 낮게 뛰어 올라도 미치지 못해 뚝 떨어지는 것과 같습니다. 물질은 많은 원자로 이루어져 있으면 원자보다 복잡한 전자 에너지 준위를 가지지만 포톤이 흡수되는 원리는 동일합니다.
그림 1. 원자와 물질의 전자 에너지 준위
빛의 흡수, 반사
우리에게
나뭇잎이 녹색으로 보이는 것도 동일하게 에너지 준위로 설명할 수 있습니다. 나뭇잎에는 녹색 빛을 흡수할
수 있는 전자 에너지 준위가 없어 녹색 빛에 해당하는 에너지를 가지는 빛은 사용되지 않고 방출되기 때문입니다. 쉽게
말하면 나뭇잎의 엽록소는 푸른색 계통과 붉은색 계통의 빛을 흡수하고 녹색 빛은 흡수하지 않고 반사하기 때문에 녹색으로 보이는 것입니다. 따라서 어떤 물질에 입사되어 사용되지 않고 방출되는 빛의 색이 그 물질의 색으로 보인다는 것을 알 수 있습니다.
그림 2. 초록색 나뭇잎
빛에 의한 금속에서의 전자 방출
특정한 색의 빛과
금속이 만나 반응하면 금속이 빛을 반사할 뿐만 아니라 전자를 방출하는 특이한 현상이 나타납니다. 이것은
금속이 전자를 붙잡고 있는 에너지보다 큰 빛을 쪼여주면 전자가 금속에서 분리되어 탈출하기 때문이며 이 현상을 이용해 빛으로 전기를 생성한 것이
우리가 사용하는 전자 계산기에 있는 태양전지입니다.
김성수 Ph.D
Physicist
* 다음주 주제: 인공조명이 양서류에 미치는 영향 “알수록 재미있는 빛의 과학” 전체 시리즈는 아래 링크를 통해 확인하실 수 있습니다. http://www.seoulsemicon.com/kr/technology/Sunlike/?content=LightScience 서울반도체(Seoul Semiconductor) / ohc@seoulsemicon.com 경기도 안산시 단원구 산단로 163번지 97-11 수신거부 |
