밀리컨의 광전 효과 실험 (플랑크 상수 재기)

Millikan's photoelectric experiment (measuring h)

빛 알갱이 생각을 의심하던 과학자가, 오히려 그 생각을 가장 정확하게 확인하게 된 실험은 무엇이었을까요?

무슨 일이 일어났나

밀리컨은 진공 속 금속판에 진동수가 다른 빛을 차례로 비추고, 튀어나온 전자를 막 멈추게 하는 되미는 전압(멈춤 전압)을 재었습니다.

아인슈타인의 식이 맞다면 멈춤 전압과 진동수는 곧은 직선이고 그 기울기는 h/e 여야 하는데, MagLab 에 따르면 밀리컨의 측정은 이 식을 확인했습니다.

APS 에 따르면 그는 1915 년 아인슈타인의 광전 방정식을 실험으로 확인했고, 광전 효과로 h 를 처음 직접 재어 6.57×10⁻³⁴ J·s 를 약 0.5 % 정밀도로 얻었습니다.

시뮬레이터(일함수 2.3 eV)에서 400 nm 빛의 멈춤 전압은 0.800 V, 300 nm 는 1.83 V 이고, 두 점을 잇는 기울기는 4.14×10⁻¹⁵ V/Hz 로 h/e 와 같습니다.

금속 겉면이 깨끗해야 해서 밀리컨은 진공 속에서 금속을 깎아 내는 장치를 만들고 «진공 속 기계 공작실» 이라고 불렀습니다(APS).

💡 생활 속 예시

학교 과학실의 광전관 실험 세트는 색 필터를 바꿔 끼우며 멈춤 전압을 재어, 밀리컨처럼 직선의 기울기로 h 를 구해 보게 합니다.
엘리베이터 문의 빛 센서처럼 빛줄기가 끊기면 신호가 바뀌는 장치도, 빛 알갱이가 물질 속 전자를 움직이는 원리를 씁니다.

누가 왜 찾았나

APS 에 따르면 밀리컨은 아인슈타인의 빛 알갱이 가설을 «대담하다 못해 무모한» 가설이라고 불렀습니다. 그런데 1915 년 그의 실험은 그 식을 확인했고, 1916 년 논문 «A Direct Photoelectric Determination of Planck's 'h'» 로 h 를 광전 효과로 처음 직접 재었으며, MagLab 에 따르면 이 일과 기본 전하 측정으로 1923 년 노벨 물리학상을 받았습니다.

확인된 값

밀리컨이 아인슈타인의 광전 방정식을 실험으로 확인한 해: 1915 출처
광전 효과로 h 를 처음 직접 잼 (APS): first direct photoelectric h 출처
논문 (Phys. Rev. 7, 355, 1916 년 3 월 1 일): Phys. Rev. 7, 355 (1916) 출처
에너지와 진동수가 곧은 비례 관계라는 아인슈타인 식을 확인: linear energy–frequency 출처
밀리컨 노벨 물리학상 (기본 전하 + 광전 효과): 1923 출처
밀리컨이 아인슈타인의 광자 가설을 부른 말: bold, not to say reckless 출처
플랑크 상수 h (CODATA 2022, 정해진 값): 6.62607015e-34 J s 출처

교육과정에서는

한국 2022 · 물리학 실험 · 현대 물리 [12물실05-01]
한국 2022 · 물리학 · 빛과 물질 [12물리03-03]
한국 2022 · 과학탐구실험1 · 과학의 본성과 역사 속의 과학 탐구

출처

https://www.aps.org/funding-recognition/historic-sites/university-of-chicago(확인 2026-11-12)
https://journals.aps.org/pr/abstract/10.1103/PhysRev.7.355(확인 2026-11-12)
https://nationalmaglab.org/magnet-academy/history-of-electricity-magnetism/pioneers/robert-millikan/(확인 2026-11-12)
https://physics.aps.org/articles/v18/12(확인 2026-11-12)
https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?h(확인 2026-11-12)