SCIENCE 3D | LED 로 플랑크 상수 재기 실험

무슨 일이 일어났나

LED 속 전자는 걸어 준 전압만큼 에너지를 얻어 빛 알갱이 하나를 내므로, 켜지기 시작하는 전압에 전자 전하를 곱하면 대략 빛 알갱이 하나의 에너지가 됩니다(e·V ≈ h·c/λ).

그래서 색이 다른 LED 여러 개의 켜지는 전압과 파장을 재면 h ≈ e·V·λ/c 로 플랑크 상수를 어림할 수 있고, 셈에 쓰는 e · c 는 CODATA 의 정해진 값입니다.

시뮬레이터 모형에서 465 · 520 · 590 · 630 nm LED 는 각각 2.67 · 2.38 · 2.10 · 1.97 V 에서 켜지고, 넷 다 h = 6.63×10⁻³⁴ J·s 를 줍니다.

실제 LED 는 이 모형과 달리 켜지는 전압이 빛 알갱이 에너지와 딱 같지 않아서, 집에서 잰 h 는 정해진 값과 어느 정도 어긋납니다 — 몇 % 어긋났는지 적어 보는 것도 실험입니다.

BIPM 에 따르면 오늘날 킬로그램은 이 h 의 고정된 수치로 정의하니, 책상 위 LED 로 단위의 바탕이 된 상수를 어림해 보는 셈입니다.

💡 생활 속 예시

같은 건전지로 켜는 장난감 불빛 가운데 빨간 LED 는 오래 켜지는데 파란 · 흰 LED 는 건전지가 닳으면 먼저 희미해집니다 — 켜지는 데 더 높은 전압이 들기 때문입니다.
가전제품의 빨강 · 초록 · 파랑 표시등은 색마다 반도체 재료가 달라, 켜지는 전압도 색마다 다릅니다.

🧪 해 보기

빨강 · 노랑 · 초록 · 파랑 LED(지름 5 mm)와 1.5 V 건전지 2 개를 넣는 건전지 홀더, 1 kΩ 저항, 10 kΩ 가변 저항, 디지털 멀티미터를 준비합니다.
어른과 함께 건전지 홀더 → 가변 저항 → 1 kΩ 저항 → LED 차례로 잇고(LED 의 긴 다리가 + 쪽), 멀티미터를 LED 두 다리에 대어 전압을 봅니다.
방을 어둡게 하고 가변 저항을 천천히 돌려, LED 가 막 희미하게 빛나기 시작할 때의 전압 V_on 을 적습니다.
LED 를 바꿔 가며 색마다 V_on 을 재고, 포장이나 판매 쪽에 적힌 파장 λ 와 함께 표로 적습니다.
색마다 h ≈ 1.602×10⁻¹⁹ × V_on × λ ÷ 2.998×10⁸ 를 셈해 평균을 내고, 6.626×10⁻³⁴ J·s 와 몇 % 다른지 봅니다.

⚠️ 전기는 1.5 V 건전지 2 개만 쓰고, 벽 콘센트 · 충전기 · 어댑터에는 절대 잇지 않습니다.
⚠️ LED 에는 늘 1 kΩ 저항을 함께 이어, 센 전류로 LED 가 뜨거워지거나 깨지지 않게 합니다.
⚠️ 건전지의 + 와 − 를 전선으로 곧바로 잇지 않습니다 — 건전지가 뜨거워질 수 있습니다.
⚠️ 밝게 켜진 LED 를 눈 바로 앞에서 오래 들여다보지 않고, 어린이는 꼭 어른과 함께 합니다.

누가 왜 찾았나

BIPM 에 따르면 킬로그램은 플랑크 상수 h 의 고정된 수치로 정의하고, 이 결정은 2018 년 11 월 제26차 국제도량형총회에서 내려졌습니다. 이 실험은 «켜지는 전압 × 전자 전하 ≈ 빛 알갱이 에너지 h·c/λ» 를 써서, 플랑크가 들여온 그 상수를 LED 로 거꾸로 따라가 보는 것입니다.

확인된 값

플랑크 상수 h (CODATA 2022, 정해진 값): 6.62607015e-34 J s 출처
기본 전하 e (정해진 값): 1.6021766340000001e-19 C 출처
진공 속 빛의 빠르기 (정해진 값): 299792458 m/s 출처
플랑크 상수를 eV 로 나타낸 값 (CODATA 2022): 4.135667696e-15 eV/Hz 출처
h 는 2019 년부터 정해진 값 — 킬로그램 정의에 씀 (BIPM): fixed h 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질
한국 2022 · 전자기와 양자 · 빛과 정보 통신

출처

https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?h(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?c(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?hev(확인 2026-11-12)
https://www.bipm.org/en/si-base-units/kilogram(확인 2026-11-12)

LED 로 플랑크 상수 재기 실험