본문내용
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 실험의 목적
물질의 굴절률에 대해 이해한다. Abbe 굴절계를 이용하여 굴절률을 측정하는 방법을 습득하고, 이를 통해 미지시료의 농도를 예측할 수 있다.
굴절이란, 서로 다른 매질의 경계면을 통과하는 파동의 진행방향이 바뀌게 되는 현상이다. 파동의 진행방향이 바뀌는 이유는 어떤 매질이냐에 따라 파동의 진행 속력이 달라지기 때문이다. 광물의 굴절률은 광물로 빛이 입사될 때 광물 내에서 빛의 속도가 줄어든 비율을 의미한다. 즉, 굴절률은 진공에서의 빛의 속도와 광물 내에서의 빛의 속도 사이의 비율이다.
스넬의 법칙에 따르면, 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 입사각의 사인 값과 굴절각의 사인 값의 비는 항상 일정하다. 따라서 입사각과 굴절각의 관계를 표현할 수 있다. 파동이 한 매질에서 다른 매질로 입사하여 굴절할 때, 입사면과 굴절면은 같은 평면 내에 있고, 이 값은 매질의 절대굴절률의 비와 같다.
Abbe 굴절계는 주로 액체나 점성체의 굴절률을 측정하는 광학 기계이다. 기울어진 두 프리즘을 서로 마주보게 한 뒤, 그 사이에 시료의 얇은 층을 만들고 수렴광선속을 입사시킨다. 그 다음, 임계각에 대응하는 광선의 사출각을 측정하여 시료인 액체의 굴절률을 측정한다. Abbe 굴절계를 사용하기 전, 프리즘을 깨끗이 닦고 온도를 일정하게 유지하는 것이 중요하다. 또한 명암의 경계선이 선명해질 때까지 조절 나사를 회전시켜 프리즘을 이동시킨 뒤, 눈금을 읽어 굴절률을 측정한다.
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1.2. 굴절률에 대한 이론
1.2.1. 굴절률의 정의
굴절률이란, 어떤 매질 내에서 빛이 진행하는 속도가 진공에서의 빛의 속도에 비해 얼마나 느려지는지를 나타내는 비율이다. 빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때, 경계면에서 빛의 경로가 꺾이게 되는데 이때의 꺾임 정도를 정량적으로 나타낸 것이 굴절률이다. 굴절률은 매질의 특성에 따라 달라지며, 진공에서의 빛의 속도를 기준으로 하여 정의된다. 즉, 광물 내에서 빛의 속도가 진공에서의 빛의 속도에 비해 얼마나 느려지는지를 나타내는 비율이 바로 굴절률이다.
1.2.2. 스넬의 법칙
빛이 한 매질에서 다른 매질로 진행할 때 입사각의 사인 값과 굴절각의 사인 값의 비가 항상 일정하다. 이는 스넬의 법칙으로, 파동뿐만 아니라 빛에 대해서도 성립한다. 스넬의 법칙에 따르면, 입사각과 굴절각의 관계는 다음과 같이 나타낼 수 있다:
sin(θ1) / sin(θ2) = n2 ...
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