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(A+) 광학실험 실험보고서 - 분광 광도계

광학실험 10주차 보고서분광 광도계실험 목적다양한 광원의 분광 스펙트럼을 측정한다.다양한 광학 소자(필터)에 대해 이해하고, 이를 이용하여 광신호를 조절해 본다.실험 원리분광기 (spectrometer), 분광기의 광원 스펙트럼 측정 장치도.분광기는 분광학에서 사용되는 장치로서, 광학 분야에서는 빛의 주파수 특성을 측정하고, 광학재료의 투과와 흡수 및 반사 정도를 측정하는 데 이용된다. 일반적인 분광기의 구성 요소는 슬릿, 회절 격자, 반사경, 광센서로 구성되어 있으며, 이 실험에서 사용하는 분광기에는 빛 신호를 전기 신호로 변환시켜 주는 CCD 센서가 사용된다.분광기를 이용하면 광원이 어떤 파장대의 빛으로 구성되어 있는지 알 수 있으며, 광원에 따라 스펙트럼의 형태는 매우 다양하다. 이상적 백색광이 아닌 현실의 광원은 단일 또는 여러 개의 피크로 구성된 스펙트럼을 가지며, 이상적인 단일광의 피크는 하나의 파장에 대응되어야 하나, 현실에서는 특정한 반치폭(FWHM)을 가지고 하나의 피크가 여러 파장에 대응된다. 피크의 반치폭은 광원의 종류, 투과한 광학 소자 등에 따라 달라진다.빛의 투과, 흡수, 반사, 투과 및 흡수 스펙트럼 측정 장치도.빛이 서로 다른 두 매질을 진행할 때 물체의 경계면에서는 투과, 흡수, 반사가 일어나며, 그 정의는 아래와 같다.투과율 (Transmittance, T)투과율은 초기 빛의 세기에 대한 투과된 빛의 세기의 비율이다.흡수율 (Absorbance, A)흡수율은 투과율의 역수에 상용로그를 취한 값이다.반사율 (Reflection, R)두 매질 간 굴절률 차이가 클수록 반사되는 정도가 크며, 빛이 경계면에 수직하게 진행할 때, 반사율은 다음의 식으로 나타내어진다.투과된 빛, 흡수된 빛, 반사된 빛을 모두 합한 것은 초기 빛과 같다.실험 장비광원(할로겐 램프, 나트륨 램프, He-Ne 레이저, 방전관(Helium, Mercury)), 색필터(546nm, 436nm, Red, Green), 볼록렌즈(+50, +100), 조리개, 필터 홀을 통해 저장한다,자동으로 얻은 Peak 파장, 반치폭과 수동으로 구한 것을 비교한다.초기화하고, 광원을 나트륨 램프, 방전관(Mercury, Helium), He-Ne 레이저로 교체하며 3)~10)을 반복한다.실험 2) 광학 소자 (필터)의 스펙트럼과 Peak 파장, 반치폭 측정조리개를 닫는다. (실험 기기 문제로 완전히 닫히지 않음)할로겐 램프를 설치한다. 분광계 센서 손상을 방지하기 위해 할로겐 램프의 파워는 천천히 조절한다. Power Supply 전원을 켜고 끄기 전에는 할로겐 램프의 파워를 완전히 줄인다.상태 창을 확인하며 조리개를 조금씩 연다. 빛의 세기가 너무 강하면 Saturate 되며, 너무 약하면 노이즈의 영향이 커지므로 적절한 정도로 조절한다.스펙트럼을 관찰하고, 스크린샷을 통해 저장한다.필터의 흡수율과 투과율을 측정하기 위해 Reference를 눌러 현재 스펙트럼을 저장한다.빛의 경로 상에 546nm 필터를 두고 스펙트럼의 변화를 관찰한다. 이 때 다른 부분은 절대 건드리지 않는다.스크린샷을 통해 저장한다.A를 눌러 흡수율을 확인한다.스크린샷을 통해 저장한다.T를 눌러 투과율을 확인한다.스크린샷을 통해 저장한다.투과율 스펙트럼에서 Cursor를 활성화하여 스펙트럼의 Peak 파장에 두고 스크린샷을 통해 저장한다.Cursor를 최대 세기의 절반이 되는 세기에 두고(좌, 우) 스크린샷 하여 그림 파일로 저장한다.Peak 파장과 반치폭을 계산하여 기록한다.스펙트럼의 중앙에 Cursor를 두고 우클릭하여 Peak 파장과 반치폭을 자동 피팅한다.스크린샷을 통해 저장한다,자동으로 얻은 Peak 파장, 반치폭과 수동으로 구한 것을 비교한다.화면을 초기화하고, 필터를 436nm, Red, Green으로 교체하며 6)~17)을 반복한다.측정값 및 실험 결과실험 1) 다양한 광원의 스펙트럼과 Peak 파장, 반치폭 측정할로겐 램프, 할로겐 램프 Peak 파장. (603.29nm)할로겐 램프의 Peak 파장은 위 과 같이 603.29nm로 나타났다.. 할로 1.95nm으로 나타났다. 수동 측정과의 비교는 아래와 같다.광원: 나트륨Peak (nm)FWHM(nm)수동588.982.36자동588.981.95상대오차(%)일치-17.373 나트륨 램프 측정값 정리. (오차 기준값: 수동)헬륨 방전관, 헬륨 방전관 전체 스펙트럼 및 Peak 파장. (587.27nm), 헬륨 방전관 절반 세기 파장. (좌, 586.80nm), 헬륨 방전관 절반 세기 파장. (우, 587.70nm)위 , 에서 나트륨 램프의 좌우 절반 세기 파장은 각 586.80nm, 587.70nm으로 나타났으며, 이를 통해 계산한 나트륨 램프의 반치폭은 0.9nm이다., 헬륨 방전관 자동 피크 파장 및 반치폭. (Peak: 587.22nm, FWHM: 0.94nm)위 에서 나타난 피크 및 반치폭의 자동 측정 결과는 피크 파장이 587.22nm, 반치폭은 0.94nm으로 나타났다. 수동 측정과의 비교는 다음과 같다.광원: 헬륨Peak (nm)FWHM(nm)수동587.270.9자동587.220.94상대오차(%)-0.3024.444, 헬륨 방전관 측정값 정리. (오차 기준값: 수동)수은 방전관, 수은 방전관 Peak 파장. (545.67nm). 수은 방전관 절반 세기 파장. (좌, 545.20nm), 수은 방전관 절반 세기 파장. (우, 546.23nm)위 , 에서 수은 방전관의 좌우 절반 세기 파장은 각 545.20nm, 546.23nm으로 나타났으며, 이를 통해 계산한 수은 방전관의 반치폭은 1.03nm이다., 수은 방전관 자동 피크 및 반치폭. (Peak:545.64nm, FWHM:1.09nm)위 에서 나타난 피크 및 반치폭의 자동 측정 결과는 피크 파장이 545.64nm, 반치폭은 1.09nm으로 나타났다. 수동 측정과의 비교는 아래와 같다.광원: 수은Peak (nm)FWHM(nm)수동546.231.03자동545.641.09상대오차(%)-0.1085.825, 수은 방전관 측정값 정리. (오차 기준값: 수동)He-Ne 레이저, He-Ne 레이저 Peak 이를 통해 계산한 546nm 필터의 반치폭은 12.9nm이다., 546nm 필터 자동 피크 및 반치폭. (Peak:548.33nm, FWHM:12.93nm)위 에서 나타난 피크 및 반치폭의 자동 측정 결과는 피크 파장이 548.33nm, 반치폭은 12.93nm으로 나타났다. 수동 측정과의 비교는 다음 표와 같다.546nmPeak (nm)상대오차(%)FWHM(nm)수동548.330.42712.9자동548.330.42712.93평균548.3300.42712.915, 546nm 필터 측정값.436nm 필터, 436nm 필터 적용 전체 스펙트럼., 436nm 필터 투과율 스펙트럼., 436nm 필터 흡수율 스펙트럼., 436nm 필터 투과율 최대 파장. (438.86nm), 436nm 필터 투과율 절반 파장. (좌, 435.30nm), 436nm 필터 투과율 절반 파장. (우, 447.75nm)위 , , 에서 436nm 필터를 투과한 할로겐 램프의 투과율이 최대인 파장은 438.86nm, 좌우 절반 투과율 파장은 각 435.30nm, 447.75nm으로 나타났으며, 이를 통해 계산한 436nm 필터의 반치폭은 12.45nm이다., 436nm 필터 자동 피크 및 반치폭. (Peak:438.86nm, FWHM:10nm)위 에서 나타난 피크 및 반치폭의 자동 측정 결과는 피크 파장이 438.86nm, 반치폭은 13.10nm으로 나타났다. 수동 측정과의 비교는 다음 표와 같다.436nmPeak (nm)상대오차(%)FWHM(nm)수동438.860.65612.45자동438.860.65613.1평균438.8600.65612.775, 436nm 필터 측정값.Red 필터, Red 필터 적용 전체 스펙트럼., Red 필터 투과율 스펙트럼., Red 필터 흡수율 스펙트럼., Red 필터 투과율 최대 파장. (690.90nm)위 에서 Red 필터를 투과한 할로겐 램프의 투과율이 최대인 파장은 690.90nm으로 나타났으며, 에서 확인할 수 있듯 빨간색 영역부터 적외선 영역으로 너무 넓은9nm에서 피크를 가지나 반치폭은 초록색부터 진한 빨강까지 걸쳐 있어 백색광에 가까운 특성을 보였으며, 나트륨등은 노란색 588.98nm에서 피크를 가지며 1.95nm으로 매우 좁은 반치폭을 보였고, 이는 널리 알려진 저압 나트륨등의 특성인 589nm 단색광과 일치하였다. 헬륨 및 수은 방전관은 여러 개의 피크를 보였는데, 각 피크는 매우 좁은 반치폭을 지니고, 피크 파장은 헬륨 및 수은의 방출 스펙트럼과 거의 일치함을 확인할 수 있었다. He-Ne 레이저의 경우 636.19nm의 피크로, 알려진 파장인 633nm와 매우 적은 오차로 일치하였고, 1.57nm의 매우 좁은 반치폭으로 레이저의 특징인 매우 높은 결맞음성을 지님을 확인할 수 있었다.실험 2에서는 Band-Pass Filter 및 색 필터를 투과한 할로겐등의 스펙트럼을 측정하였다. 실험 결과, Band-Pass Filter의 경우는 표기된 것과 거의 동일한 파장에서 가장 투과율이 높음을 확인할 수 있었으며, 반치폭 또한 12~13nm로 좁은 대역만을 투과하였다. 색 필터의 경우, Red 필터는 빨간 색 영역보다 짧은 파장 영역대를 거의 투과시키지 않았으나, 빨간색부터 적외선 영역을 폭넓게 투과함으로 선택적 투과 능력은 거의 없음을 확인할 수 있었고, Green 필터의 경우는 가시광선 영역대에서 초록색 대역인 523.68nm 파장에서 피크를 가지며 초록색 대역만 투과시킴을 확인할 수 있었으나, 적외선 영역을 주 목적인 초록색 영역보다 더 잘 투과시키는 것 또한 확인할 수 있었다. 시각적인 효과만을 목적으로 한다면 색 필터를 사용하는 것도 무방하겠으나, 실험이나 산업 등 특정한 파장만을 투과하는 것이 필요할 때는 반드시 Band-Pass Filter를 사용하여야 한다고 생각할 수 있다.질문각각의 광원의 스펙트럼 분포가 다른 이유는?각각의 광원에 따라 발광 원리가 다르기 때문이라고 할 수 있다. 백열등의 경우는 흑체 복사와 동일한 원리이므로 필라멘트의 온도에 따른 피크 파장을 보일 것이며, 실험 중에서 확

자연과학| 2024.03.09| 25페이지| 4,000원| 조회(151)

보고서, 분광, A+, 광학, 광도계, 광학실험

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(A+) 광학실험 실험보고서 - 회절격자 분광기

광학실험 9주차 보고서회절 격자 분광기실험 목적빛의 파동성을 이해한다.회절 격자를 통과한 빛의 회절된 각도를 이용해 빛의 파장을 계산한다.실험 원리회절 격자에서의 분광, 회절 격자. (d = 격자 상수)회절 격자란 위 과 같이 동일한 폭을 가지는 여러 슬릿이 동일한 간격으로 배치되어 있는 광학 소자이며, 회절 격자를 통과한 빛은 호이겐스 원리에 의해 구면파 형태로 진행한다. 이웃하는 슬릿에서 통과한 빛들의 광경로차가 파장의 정수배일 경우 보강 간섭하여 밝은 간섭 무늬를 형성하며, 정수배가 아닐 경우 상쇄 간섭하여 약한 간섭 무늬가 나타나거나 관찰할 수 없다., 슬릿을 지나는 파동의 모습.(a): 슬릿 폭이 동일하고 파장이 다를 때, (b): 슬릿 폭이 다르고 파장이 동일할 때.와 같이 슬릿의 폭과 빛의 파장에 따라 회절 되는 각도가 달라지므로, 동일한 슬릿 폭을 가지는 회절 격자를 이용하면 파장에 따라 분리된 간섭 무늬를 관찰 가능하다. 연속적 파장의 빛이 회절 격자를 통과할 경우 연속적 간섭무늬를 관찰할 수 있으며, 불연속적인 파장의 빛이 통과할 경우 불연속적인 간섭무늬를 관찰할 수 있다. 이처럼 파장에 따라 빛을 다른 각도로 나눌 수 있으므로, 회절 격자는 분광기라고도 할 수 있다.빛이 회절 격자에 수직하게 입사할 때, 회절되는 빛이 보강 간섭하기 위한 조건은 아래와 같다.d는 격자 상수, m은 회절 차수, 은 m차 회절된 빛의 각도, 는 파장이다.분해능분해능이란 비슷한 파장을 가지는 빛들을 얼마나 잘 분리해 낼 수 있는지를 나타내는 지표이다, 비슷한 파장을 가지는 빛들은 스펙트럼에서 근접한 위치에 나타나며, 비슷한 파장을 가지는 빛들을 분리하기 위해서는 회절격자 분광기를 통해 얻은 스펙트럼에서 간섭 무늬가 명확하게 분리되어 나타나야 하고, 이는 간섭 무늬가 매우 좁고 선명한 선스펙트럼으로 나타나야 한다는 것을 의미한다. 분해능이 높으면 간섭 무늬가 매우 가깝게 위치하더라도 분리가 가능하며, 분해능을 나타내는 식은 아래와 같다.λ는 회절 격자로 가까스로 분600mm), 분광기, 장갑실험 방법실험 0) 분광기 정렬, 분광기 정렬과 같이 장치를 구성한다.망원경을 들여다보며 가운데 십자선이 명확히 보이도록 대안렌즈를 앞뒤로 조절하고, 십자선의 한 선이 수직이 되도록 대안렌즈를 돌린다.망원경을 먼 곳을 향하게 하고 물체가 명확히 보이도록 하여 무한대에 초점을 맞춘다.Collimator 끝의 슬릿을 크게 열고 광원 바로 앞에 두어 광원의 빛이 Collimator 중심으로 나오도록 정렬한다.슬릿을 좁게 닫고 Collimator를 통해 나온 빛이 평행광선을 유지하도록 초점조절 나사를 조절하여 경통 길이를 맞춘다.망원경을 빛의 경로에 정렬시키고 슬릿을 통해 들어오는 밝은 빛을 화면 가운데 오도록 조절한다.망원경의 초점조절 나사를 조절하여 망원경에서 슬릿의 선명한 상을 볼 수 있도록 하고, 슬릿의 폭을 최대한 줄여 가느다랗게 하고 그 선과 십자선의 수직선을 일치시킨다.망원경의 조절 나사를 조여 둔다.망원경을 한 쪽 방향으로 움직이며 광원의 스펙트럼을 관측한다. 스펙트럼이 여러 번 회절되어 나타나는 것을 확인한다.실험 1) 빛의 파장 측정, 빛의 파장 측정 실험 개략도.Collimator 쪽에 Helium 방전관을 설치한다.광원의 빛이 회절 격자(N=300)의 중앙을 통과하도록 회절 격자를 끼운다.망원경을 움직여 m(=1, 2, 3, …)차 스펙트럼을 관찰한다.0차 광부터 m차 광까지 망원경이 움직인 각도를 기입한다.빛의 파장을 계산한다.방전관을 Mercury, Hydrogen, Neon으로 교체하며 반복한다.주의 사항방전관은 깨지기 쉽고, 작동 시 고열을 발생시키므로 주의한다.회절격자 표면은 손으로 만지지 않는다.외부광이 유입되지 않도록 칸막이 등으로 최대한 가리고 주변을 어둡게 한다.측정값 및 실험 결과Helium 방전관300lines/mm기준점 : 22°46 (22.7667°)m보라초록dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차17.6500°443.738447.1480.76%8.600709667.8150.91%220.5000°583.679587.5610.66%23.4667°663.692667.8150.62%331.8000°585.506587.5610.35%36.9500°667.909667.8150.01%600lines/mm기준점 : 22°42’ (22.7000°)m보라초록dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차115.7833°453.334447.1481.38%17.7667°508.569501.5681.40%2관찰불가관찰불가m노랑빨강dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차120.9833°596.827587.5611.58%23.5833°666.804667.8150.15%2관찰불가관찰불가, 헬륨 방전관 측정값 및 실험 결과.Mercury 방전관300lines/mm기준점 : 20°28 (20.4667°)m보라초록주황dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차17.1333°413.929435.8325.03%9.3333°540.593546.0741.00%9.4500°547.289567.7113.60%214.1833°408.376435.8326.30%18.1000°517.794546.0745.18%19.3500°552.230567.7112.73%221.9667°415.630435.8324.64%28.2167°525.341546.0743.80%29.8833°553.595567.7112.49%330.5500°423.575435.8322.81%39.6167°531.373546.0742.69%42.4500°562.455567.7110.93%600lines/mm기준점 : 20°25 (20.4167°)m보라초록주황dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차115.1833°436.514435.8320.16%19.1667°오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차17.2667°421.625434.0462.86%8.3000°481.187486.1361.02%11.2333°649.350656.2851.06%214.4333°415.422434.0464.29%16.7833°481.256486.1361.00%23.0500°652.557656.2850.57%322.8000°430.573434.0460.80%25.8333°484.172486.1360.40%35.9667°652.572656.2850.57%600lines/mm기준점 : 20°16 (20.2667°)m보라청록빨강dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차1관찰불가17.3167°496.088486.1362.05%23.3500°660.578656.2850.65%2관찰불가관찰불가관찰불가, 수소 방전관 측정값 및 실험 결과.Neon 방전관300lines/mm기준점 : 22°46 (22.7667°)m초록1초록2노랑dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차18.6000°498.451500.5160.41%9.2333°534.852540.0560.96%10.0167°579.782585.2490.93%217.4667°500.251500.5160.05%18.7667°536.192540.0560.72%20.4167°581.408585.2490.66%326.4167°494.329500.5161.24%28.9833°538.395540.0560.31%31.7500°584.682585.2490.10%m주황1주황2빨강dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차110.2167°591.237602.9991.95%10.5000°607.452614.3061.12%10.9667°634.126640.2250.95%220.80차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차dθ(deg)λ(nm)λ이론(nm)상대오차1관찰불가19.1833°545.363540.0560.98%20.8167°590.032585.2490.82%2관찰불가관찰불가관찰불가, 네온 방전관 측정값 및 실험 결과.결론 및 검토이번 실험은 회절 격자 분광기를 사용하여 기체 방전관에서 나오는 빛들이 회절되었을 때 원점과 이루는 각도를 측정하여 해당 선스펙트럼의 파장을 계산하는 실험이었다. 실험 결과를 보면 전반적으로 오차가 매우 작은 편으로 이론과 부합한 실험이었다고 할 수 있다.전반적으로 오차가 작았으나, 300lines/mm을 사용한 것은 실험 전반에서 3차 회절까지 측정이 가능하였는데 600lines/mm을 사용한 것은 잘 측정된 것이 2차, 대부분 1차, 완전히 관측불가인 것도 있었다. 이에 대한 원인으로는 회절격자의 틈 너비를 들 수 있다. 다중 슬릿에서, 틈의 너비가 좁을수록 회절이 더 잘 일어나는데, 이는 스펙트럼 간 간격이 넓어짐을 의미한다. 스펙트럼 간 간격이 넓어지면 검출 자체는 용이하겠지만 이번 실험에서 사용한 분광기의 관측 가능한 각도는 제한되어 있으므로, 과도한 회절로 인해 측정이 불가하였다고 볼 수 있다.그리고, 스펙트럼이 어둡거나 외부광으로 인해 정확한 위치를 찾기 어려운 점도 있었으나 그로 인한 영향은 크지 않은 것으로 보이며, 전반적으로 오차가 매우 작으므로 매우 균일한 실험이었음을 확인할 수 있다.*질문에 대한 답질문 (1) : 간격이 다른 두 회절격자를 사용했을 때 어떤 차이가 있는가? 분해능과의 관계는?더 촘촘한 회절격자를 사용하였을 때 측정 가능한 차수가 줄어들었다. 결론 문단에도 언급하였지만, 회절격자의 틈이 더 좁은 600lines/mm 회절격자에서 회절이 더 잘 일어나 스펙트럼 간 간격이 넓어지며, 스펙트럼 간 간격이 넓어지므로 분해능은 상승하나 측정 가능한 범위에 있는 스펙트럼 수는 줄어든다.질문 (2) : 회절격자의 넓은 부분을 비추면 분해능이 커진다. 물리적으로 설명하여라.넓은 2

자연과학| 2024.03.09| 10페이지| 4,000원| 조회(162)

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(A+) 일반물리학실험2 축전기의 충전과 방전 평가A+최고예요

물리학도를 위한 물리실험(Ⅱ) 5주차 보고서축전기의 충전과 방전실험 목적축전기의 충전과 방전 과정의 시간에 따른 전압을 관찰하여 축전기의 기능과 특성을 확인한다.실험 원리축전기 충전 과정축전기, 저항, DC Power Supply가 직렬 연결로 구성된 회로가 있다고 생각해 보자. 축전기가 완전 방전된 상태에서 회로가 개방되어 있으면 전류가 흐르지 않는다. 이 상태를 t=0으로 가정하고, 회로를 폐쇄하면 DC Power Supply에 의해 전류가 회로에 흐르기 시작하여 축전기의 충전이 진행된다. 이 때, 시간 t와 축전기에 충전된 전하 q, 회로에 흐르는 전류 I의 관계는 아래와 같다.이 때, 축전기의 양단의 전위차는 와 같고, 전하가 충분히 충전되어 전류가 더 이상 흐르지 않게 되는 시점은 (DC Power Supply 입력 전압)인 지점이다. 이 때, 충전된 전하량은 이다.이 폐회로에 Kirchhoff의 제2법칙을 적용하면 시간에 따른 축전기에 충전된 전하량, 전위차, 회로에 흐르는 전류는 아래와 같다.t=0에서 q=0이므로,따라서, 충전 시 회로에 흐르는 전류는 시간에 따라 지수적으로 감소하며, 축전기 충전 전압은 지수적으로 증가하여 충전 완료시 이 됨을 확인할 수 있다.이 때, 이 되는 시간 τ=RC를 시정수라고 한다.축전기 방전 과정반대로, 완전히 충전된 R-C 직렬 회로를 개방하고, DC Power Supply를 제거한 뒤 회로를 폐쇄하면 축전기가 기전력 장치로 작용하여 회로에 전류를 흘려보낸다. 이 때 시간에 따른 충전된 전하량과 전류의 변화 역시 Kirchhoff의 제2법칙을 적용할 수 있다.t=0일 때 이번에는 반대로 이므로,따라서, 축전기에 충전된 전하량 및 전압, 회로에 흐르는 전류는 시간에 따라 지수적으로 감소하며, 전류의 방향은 충전 과정과 반대로 흐름을 확인할 수 있다.실험 장비Capacitors, Digital Multimeter, Resistors, DC Power Supply, iOLab Device, Jumper wires, Breadboard, Laptop Computer실험 방법실험 0) 사용 소자 측정실험에 사용할 저항 R1, R2의 저항값을 멀티미터를 이용하여 측정하고 기록한다.실험에 사용할 축전기 C1, C2의 표기된 용량을 확인한다.실험 1) 회로 구성 및 iOLab Device 준비위 과 같이 회로를 구성한다.iOLab input Terminal에 축전기의 전단을 A7, 전류측정용 저항 Rs의 전단을 High gain G+에 연결하고 각 후단은 모두 GND에 연결한다.iOLab Device를 컴퓨터에 동글을 통해 연결하고 프로그램을 실행한다.Input Voltage를 적정 수준으로 조절하고 전원을 끈다.Recording 시작 후 Power Supply의 전원을 켰다가 충전 완료후 꺼서 방전시킨다.Recording을 종료하고 Datasheet를 저장한다.저항과 축전기를 교체해 가며 1)~7)을 반복한다.실험 중 주의사항실험에 사용할 축전기는 전해 축전기로, 극성이 있으므로 확인하여 연결한다.축전기에 표기된 내압을 초과하지 않도록 input Voltage를 설정한다.측정값사용 소자 측정R1(Ω)1489C1100uFR2(Ω)1005C233uFV0 = 1.62VR1C1 (τ: 0.1489s)R2C1 (τ: 0.1005s)충전방전충전방전Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)1.780.002206.911.625641.370.006595.561.622711.800.130406.951.602201.380.007335.601.584621.850.552387.001.522341.390.005865.651.473991.900.850557.051.402201.400.006595.701.320151.910.899637.101.263001.410.006595.751.153851.920.945067.151.117951.420.006595.761.120151.930.986817.161.088641.450.162645.771.086451.941.027117.171.060811.500.717225.781.054211.951.064477.181.032971.510.800735.791.021982.001.218327.191.004401.520.876195.800.9897442.051.329677.200.976561.530.945065.850.839562.101.409527.250.844691.541.006595.900.706232.151.467407.300.724541.551.062275.950.589012.201.508427.350.613191.601.273996.000.482782.251.539937.400.517951.651.405136.050.4007332.301.561907.500.392671.701.484986.150.3091582.351.578027.600.320881.751.535536.250.2622712.401.590487.700.276191.801.566306.500.2051282.451.597807.800.244691.851.586086.750.1648352.501.605137.900.221251.901.599277.000.1186812.551.609528.000.202201.951.606597.250.07765572.601.613928.250.153112.001.611727.500.04908422.651.616858.500.109892.051.615387.750.03223442.701.617589.000.047622.101.617588.000.0219782.751.619789.250.032232.151.619058.250.0153846R1C2 (τ: 0.0491s)R2C2 (τ: 0.0331s)충전방전충전방전Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)Time(s)Vc(V)1.380.008067.491.623440.870.006595.261.622711.400.032237.501.622710.900.083525.301.604401.450.189747.551.607330.950.309895.351.556041.500.336267.601.570701.000.502565.401.482051.550.467407.651.513551.050.665935.451.391211.600.584627.701.445421.100.805865.501.291581.650.6893777.751.367771.150.923815.551.187551.700.7838837.801.285711.160.945795.601.083521.750.8695977.851.202931.170.966305.611.063001.800.9450557.901.118681.180.986085.621.042491.851.013197.951.038101.191.006595.631.022711.861.024917.961.021981.201.024915.641.002201.871.037367.971.007331.251.111365.650.982421.881.050557.980.992671.301.185355.700.887911.891.062277.990.978021.351.247625.750.807331.901.073268.000.964101.401.301105.800.739931.951.128948.250.704761.451.347255.900.634432.001.178758.500.539191.501.386086.000.553852.251.359718.750.419051.601.449086.250.413192.501.465939.000.322341.751.512826.500.314292.751.528949.500.184622.001.570707.000.172893.001.5655710.000.106232.251.597807.500.091583.501.6014710.500.063002.501.610268.000.049824.001.6139211.000.038832.751.616858.500.028574.401.6168512.000.019052.981.619789.000.01758실험 결과계산 시정수측정 시정수소자시정수(s)충전 시정수(s)방전 시정수(s)R1C10.14890.160.23R2C10.10050.120.23R1C20.04910.0480.046R2C20.03310.0330.037결과에 대한 논의축전기의 용량에 따라 충전과 방전 과정이 어떻게 달라지는지 설명하라.동일 저항과 입력 전압을 사용했을 때, 충방전 시간은 축전기의 용량에 비례하였다.실험 결과를 보고 시정수가 무엇을 의미하는지 설명해 보자.일반적으로 시정수의 의미는 입력에 얼마나 빠르게 반응하는지를 나타내는 시간 지표를 뜻한다. 축전기와 코일이 없는 순수 저항 회로의 경우는 입력 전압 변동에 따른 출력 전압 변동에 시간 지연이 없으나, 있는 경우는 지연이 발생한다. 축전기에 있어 시정수란 축전기가 전압 변동을 지연시키는 정도라고 생각해볼 수 있다.결론축전기를 충방전함에 따른 전압 변동을 통해 입력 전압의 변동에 대한 R-C회로의 응답 특성을 확인할 수 있었으며, 충방전 시 시간에 따른 전압 변동은 ~와 같이 로그함수 형태임을 확인할 수 있었다.축전기의 용량에 따른 시정수 변화와 충방전 시간 변화를 ~와 같이, 동일 저항과 입력전압일 때 축전기의 용량에 비례함을 확인할 수 있었다.참고문헌부산대학교 물리학교재편찬위원회, 『일반물리학실험』, 5판; 민음사, 2019, pp 210~212page PAGE * MERGEFORMAT2

자연과학| 2024.03.09| 7페이지| 4,000원| 조회(266)

축전기, A+, 일물실, 물물실, 물리학도를 위한 물리실험

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(A+) 광학실험 실험보고서 - 마이켈슨 간섭계

광학실험 7주차 보고서Michelson 간섭계실험 목적Michelson 간섭계의 원리를 이해한다.여러가지 광원으로부터 나오는 빛으로 간섭무늬를 형성한다.형성된 간섭무늬를 이용하여 광원의 파장, 결맞음 길이, 물체의 두께와 굴절률을 구한다.실험 원리마이켈슨 간섭계, 마이켈슨 간섭계의 개략도.Michelson 간섭계는 Albert Michelson이 1887년에 발명한 빛의 간섭무늬를 확인하는 장치이다. 이 장치를 이용하여, 마이켈슨과 몰리는 에테르의 존재를 증명하는 마이켈슨-몰리 실험을 수행하였으나, 에테르가 존재하여 간섭계를 회전하며 간섭무늬를 관찰하면 무늬가 달라진다는 그들의 가설과는 다르게 간섭계를 회전하여도 간섭무늬는 변화하지 않음으로 에테르의 존재를 부정하는 실험 결과를 얻었다. 실험으로부터 얻은 결론은, 에테르는 존재하지 않으며 빛의 속력은 모든 방향에서 같다는 것을 확인하였으며, 이는 아인슈타인이 특수 상대성 이론을 제창하는 데 기반이 되었다.광경로차와 위상차를 이용하여 빛의 파장 구하기, 거울의 평행 이동에 따른 관측자 시선에서 광경로차를 나타낸 그림.광경로차의 마이켈슨 간섭계에서 경로 1의 빛은 Beam Splitter(BS)를 3번 통과하나, 경로 2의 빛은 1번만 통과하므로 BS에 의한 광경로차가 발생하는데, 이를 보상하기 위해경로 2에 BS와 같은 매질로 만든 Compensator를 BS에 평행하게 놓는다. 이를 통해 광경로차는 와 같이 거울 M1, M2의 위치에만 의존한다 ()위상차경로 1의 빛은 한 번의 외부 반사와 한 번의 내부 반사를 거치므로 λ/2만큼 위상이 변화하나, 경로 2의 빛은 BS와 M2에서 두 번의 외부 반사를 하기 때문에 λ만큼 위상이 변화한다. 따라서 경로 1과 경로 2의 위상은 λ/2만큼 차이가 발생한다.광경로차와 위상차를 합한 총 위상차는 이고,를 만족하면 경로 1과 경로 2의 빛이 상쇄 간섭하여 어두운 무늬가 나타난다. 특히 θ=0일 때, , 가 성립한다.빛의 결맞음 길이 확인레이저나 나트륨 램프 등의 단색광은 수십cm의 광경로차가 발생하여도 간섭무늬를 관찰할 수 있다. 그러나 결맞음성이 낮아 백색광에 가까울수록 광경로차가 커짐에 따라 간섭무늬의 관측이 매우 어려워진다. 마이켈슨 간섭계에서는 거울 M1을 이동시켜 결맞음 길이를 측정할 수 있다.파장의 선폭 v와 결맞음 시간 t의 관계는 푸리에 변환에 따라 과 같으며,가 성립하므로, 결맞음 길이 와 같다.마이켈슨 간섭계를 이용한 유리판의 두께와 굴절률 확인, 박막에서의 빛의 간섭.위 와 같이, 박막에 반사되는 빛은 AD 경로를 지나고, 투과하여 반사되는 빛은 AB, BC의 경로를 지난다. 따라서 두 빛의 경로차 이고,이다. 를 기하학적으로 살펴보면이므로, 이다.정밀하게 정렬된 마이켈슨 간섭계에서 빛이 유리판에 수직하게 입사하고 스크린에 밝은 간섭 무늬가 나타나면, 유리판을 놓지 않았을 때 유리판 대신 동일한 두께의 공기층이 놓여있다고 가정할 때 이고, 빛의 경로상에 두께 t를 가진 유리판을 놓으면 간섭 무늬가 사라지는데, 유리판의 두 면에서 반사되는 빛의 경로차 이고, 이 때 거울 M1을 d만큼 움직여 다시 밝은 간섭무늬가 발생하게 하면이므로, t 또는 n을 알 수 있다.실험 장비마이켈슨 간섭계 키트, He-Ne 레이저, 나트륨 램프, 형광등, 백열등, Band-Pass filter, 유리판실험 방법실험 0) 마이켈슨 간섭계의 정렬과 같이 마이켈슨 간섭계를 구성한다.스크린에 도달하는 경로 1과 2의 빛이 만나도록 M2의 각도를 조절한다.레이저와 가까운 곳에 볼록 렌즈를 두어 확산시킨다.스크린에 간섭무늬가 나타나는 것을 확인한다.거울 M2의 각도를 미세하게 조절하여 간섭무늬 두께를 두껍게 만든다.충분히 두꺼워지지 않을 시 M1을 조절한다.레이저와 볼록렌즈를 치우고, 형광등을 광원으로 사용한다.빛의 세기를 감소시키기 위해 형광등 앞에 필터를 둔다.키트에 내장된 마이크로미터를 이용해 M1의 위치를 조정하여 간섭무늬가 가장 선명하게 나타나는 지점을 찾는다.실험 1) 마이켈슨 간섭계를 이용한 빛의 파장 측정광원을 다시 He-N체하고 빛의 경로 상에 볼록렌즈를 놓는다.마이크로미터로 M1의 위치를 변화시키며 d와 동심원의 무늬가 바뀌는 횟수 m을 측정한다.레이저의 파장을 계산한다.레이저와 볼록렌즈를 나트륨 램프로 교체하고 세기 감소용 필터를 설치한다.2)를 반복한다.나트륨 램프의 파장을 계산한다.실험 2) 마이켈슨 간섭계를 이용한 유리판의 두께 및 굴절률 측정나트륨 램프를 형광등으로 교체한다.마이크로미터로 M1의 위치를 조절하여 간섭무늬가 가장 선명하게 나타나는 위치를 찾는다.유리판을 경로 1에 두어 간섭무늬의 변화를 관찰한다.M1의 위치를 조절하여 유리판으로 인해 흐릿해진 간섭무늬가 다시 선명해지는 위치를 찾는다.유리판의 두께를 알고 있을 때 굴절률과 굴절률을 알고 있을 때 두께를 계산한다.측정값실험 1) 마이켈슨 간섭계를 이용한 빛의 파장 측정Ne-He 레이저(633nm)Δm(횟수)Δd(µm)파장(nm)상대오차(%)103.3660-4.27206.5650-2.693010.1673.3333333-6.374013.1655-3.485015.46162.69평균650.866667-2.82, 실험 1 – Ne-He 레이저 파장 측정값.나트륨 램프(589nm)Δm(횟수)Δd(µm)파장(nm)상대오차(%)103600-1.87205.75703.23308.9593.3333333-0.744011.45703.235014.75880.17평균584.2666670.80, 나트륨 램프 파장 측정값.실험 2) 마이켈슨 간섭계를 이용한 유리판의 두께 및 굴절률 측정M1(유리X)(um)190오차M1(유리O)(um)111dx(um)79굴절률1.4647-2.353%유리판의 두께(mm)0.158-7.059%, 유리판의 굴절률과 두께 측정값.실험에 사용된 유리판 (굴절률=1.5) 은 현미경에 사용하는 커버 글라스로, 포장지가 누락되어 있어 제조사 및 정확한 두께는 확인할 수 없었으므로 일반적인 커버 글라스의 두께 (Nikon 사 참조 – “The standard thickness for cover glasses is 0.1eters, which is designated as a number 1½ cover glass. Unfortunately, not all 1½ cover glasses are manufactured to this close tolerance and many specimens have media between them and the cover glass.” -)인 0.17mm를 사용하였다.실험 결과, 간섭무늬의 형성. (좌: He-Ne 레이저, 우: 나트륨 램프)위 와 같이, 마이켈슨 간섭계를 통해 간섭무늬가 발생함을 확인할 있었다. 및 과 같이, He-Ne 레이저와 나트륨 램프의 파장 측정 결과는 각각 평균 650.87nm, 584.27nm으로 이론값 633, 589nm과 각각 -2.82%, 0.8%의 상대오차로 일치하였다,의 측정값에서, 실험을 통해 측정한 유리판의 굴절률 및 두께는 각각 1.4647, 0.158mm로 이론값 1.5, 0.17mm와 각각 -2.353%, -7.059%의 상대오차로 일치하였다.결론 및 검토이번 실험의 목적은 마이켈슨 간섭계를 통과한 간섭무늬의 변화를 통해 광원의 파장, 추가된 물체의 두께와 굴절률을 측정함으로써 마이켈슨 간섭계의 원리를 이해하는 것이었다.실험 과정에서 간섭무늬가 형성됨을 와 같이 확인할 수 있었으며, 결맞음성이 나쁜 광원(형광등) 에서는 간섭무늬가 사진에 담기 어려울 만큼 희미해짐을 확인하였다. 특히, 백열등에서는 간섭무늬를 전혀 확인할 수 없어 형광등으로 대체하여 간섭무늬를 확인할 수 있었다.실험 1의 측정한 파장의 평균값이 He-Ne 레이저에서 -2.82%, 나트륨 램프에서 0.8%의 상대오차로 이론값과 일치함으로써 광경로차와 위상차를 고려한 식인 를 만족함을 확인할 수 있었다.실험 2의 경우, 광원으로 형광등을 사용하여 명확한 간섭무늬를 형성한 후 유리판을 설치하고 희미해진 간섭무늬가 다시 명확해지는 지점 간 거리를 측정하여, 굴절률의 이론값 1.5를 대입하였을 때의 유리판 두께의 측정값은 0.158mm, 이론값 0.17mm를 대입하였을 때의 굴절률 측정값은 1.4647로 각각 -7.059%, -2.353%의 오차로 일치함으로써 를 만족함을 확인할 수 있었다.전반적인 오차가 크게 나타나지는 않았으나, 영향을 준 요인으로는 간섭무늬의 변화를 측정하는 과정이 명확하지 않다는 것이 가장 크다고 할 수 있다. 거울의 위치에 따라 간섭무늬가 불연속적이 아닌 연속적으로 변화하기 때문에, 정확한 지점을 찾는 것에 어려움이 있다. 그러나, 실험 1의 경우는 간섭무늬의 변화 횟수인 을 충분히 크게 두면 간섭무늬 변화 지점 선정에 따른 오차를 줄일 수 있으리라 기대할 수 있다.질문유리판을 삽입하였을 때 무늬가 사라진 이유와 나트륨 램프와의 차이박막을 반사되는 빛과 투과하여 반사되는 빛의 광경로차가 유리판의 삽입으로 인해 달라지기 때문이며, 를 만족하므로 광원의 종류와는 무관하다.백색무늬의 간섭무늬를 보려면 보상판이 꼭 필요한 이유백색광과 같은 결맞음성이 좋지 않은 광원은 거울을 많이 이동하면 간섭무늬의 관측이 곤란하기 때문에 보상판이 필요하다.의료 진단용 OCT에 응용되는 백색광 간섭계의 개략적 구조매우 짧은 결맞음 거리를 가지는 광원을 이용해 마이크로미터 거리로 간섭 거리를 단축시킨 간섭계로, 한 쪽 빛은 진공 중 거울에, 다른 쪽은 관찰하기 위한 생체조직으로 발사하여 조직을 투과하고 되돌아온 빛과 반사된 빛의 위상차를 이용해 공초점 현미경으로 관찰한다.간섭계로 LIGO의 사레와 같이 매우 작은 크기를 측정하는 기술빛이 이동하는 거리를 매우 크게 하여 광경로차를 최대한 크게 한다.참고문헌부산대학교 물리학과, 광학실험매뉴얼, Michelson 간섭계.pdf Hyperlink "https://www.microscopyu.com/microscopy-basics/coverslip-correction" https://www.microscopyu.com/microscopy-basics/coverslip-correction, NIKON INSTRUMENT INC.page PAGE * MAT2

자연과학| 2024.03.09| 9페이지| 4,000원| 조회(254)

보고서, 마이켈슨, A+, 광학, 간섭계, 광학실험

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(A+) 광학실험 실험보고서 - 간섭과 회절

광학실험 8주차 보고서간섭과 회절실험 목적슬릿의 구조에 따른 회절 및 간섭무늬를 관찰하고, 그 관계에 대해 확인한다.실험 원리단일 슬릿의 회절, 좌: 폭이 a인 단일 슬릿에서의 회절.회절은 파동이 장애물에 의해 변형이 되는 파동의 특징적 현상이다. 이런 현상은 장애물 혹은 슬릿의 크기가 파동의 파장에 가까워질수록 더욱 뚜렷이 나타나게 된다. 폭이 a인 슬릿에 레이저광을 수직으로 비추면 거리 D만큼 떨어져 있는 스크린 위에 회절무늬가 생기는데, 스크린 위의 한 점 P에서 두 광선의 광로차 ∆=r1-r2가 반파장이 되도록 θ가 정해졌다면 P에서 소멸 간섭으로 어두운 무늬가 나타날 것이다. 두 광선의 경로차는 θ가 작을 때가 되므로 경로차가 반파장일 때 어두운 무늬가 나타날 조건은 이다. 따라서 스크린 위의 임의의 점에서는 , n은 정수를 만족할 때 어두운 무늬(강도 0)가 됨을 알 수 있다. Θ가 아주 작을 경우에는 이므로 D와 x’를 측정하여 슬릿 폭 a를 역산할 수 있다.이중 슬릿에서의 간섭과 회절, 폭이 a, 슬릿 간 거리가 d인 이중 슬릿에서의 간섭.2개 이상의 파동이 같은 시각과 같은 공간에 만날 때 간섭이 일어난다. 슬릿 간격이 d인 이중 슬릿에 레이저광을 수직으로 비추면 슬릿 S1과 S2에서 나오는 두 광선이 이중 슬릿으로부터 D만큼 떨어져 위치한 P 점에서 중첩이 되는데, θ가 작다고 보면 두 빛의 광로차 는 로 주어진다. 위 식에 의하면 광로차가 파장 의 정수 배 혹은 반정수 배가 될 때 두 광선은 보강 혹은 소멸 간섭을 하게 되어dsinθ=nλ, n은 정수(보강 간섭), dsinθ=(n+1/2)λ, n은 정수(소멸 간섭)의 조건에 따라 간섭무늬가 나타난다. 따라서 스크린 위의 가장 밝은 부분 (n=0, 중앙 극대)과 n번째 밝은무늬 사이의 거리를 x라고 하면 각 θ가 작을 때는 이고 이므로 로 나타낼 수 있다. 그러므로 D와 x를 측정함으로써 슬릿 간격 d를 구할 수 있다.폭이 a인 두 슬릿이 거리 d만큼 떨어져 있으면 각 θ에 해당하는 방향에는 각각의 슬릿으로부터 나오는 한 쌍의 회절파가 있으며, 실제로 관측되는 무늬는 이 두 회절파들이 간섭된 결과이다. 즉 두 슬릿에 의한 간섭과 회절이 결합된 무늬가 생긴다. 간섭무늬는 동일한 위상의 파원에 의한 무늬가 되고, 앞에서 보았듯이 로 주어지는 방향에서 극댓값이 된다. 회절무늬에서 어두운 무늬가 나타나는 위치는 로 주어진다. 슬릿 간격 d가 슬릿 폭 a보다 크기 때문에 회절무늬 강도가 0이 되는 점들 사이의 간격은 간섭무늬의 경우보다 넓다. 따라서 두 슬릿의 밝은 무늬는 단일 슬릿에 의해서 만들어진 것보다 더 조밀하게 배열된다.빛의 결맞음 길이 확인레이저나 나트륨 램프 등의 단색광은 결맞음성이 높아 수십cm의 광경로차가 발생하여도 간섭무늬를 관찰할 수 있다. 그러나 결맞음성이 낮아 백색광에 가까울수록 광경로차가 커짐에 따라 간섭무늬의 관측이 매우 어려워진다. 마이켈슨 간섭계에서는 거울 M1을 이동시켜 결맞음 길이를 측정할 수 있다.파장의 선폭 v와 결맞음 시간 t의 관계는 푸리에 변환에 따라 과 같으며,가 성립하므로, 결맞음 길이 와 같다.실험 장비반도체 레이저(650nm, 532nm), 단일, 이중, 다양한 모양의 슬릿, 레일, Rotary motion-position sensor, Light intensity sensor, PC, Capston실험 방법단일 슬릿(a)이중 슬릿(a, d)다양한 슬릿0.040.04, 0.25Triple (0.04, 0.125)0.04, 0.50Squares0.08, 0.25Hexes0.08, 0.50Dots0.04, 0.125Holes, 슬릿 종류실험 1) 간섭과 회절 무늬 관찰실험 장비를 장치한다.650nm Red 레이저를 슬릿에 조사하여 간섭과 회절 무늬를 만든다.레이저와 슬릿, 디텍터의 높이 및 각도를 조절하여 무늬 전체가 디텍터로 들어가도록 조정한다.슬릿과 디텍터 사이 거리 D를 기록한다.Capston 프로그램의 x-축을 position, y-축을 Light intensity로 두고 Recode를 누른다.Rotary motion sensor를 매우 천천히 움직여 간섭과 회절 무늬를 측정한다.에 있는 슬릿의 종류에 따라 4)~6)을 반복한다.532nm 그린 레이저로 교체하여 3)~7)을 반복한다.측정값 및 실험 결과1) 650nm Red 레이저, 다양한 모양의 슬릿 무늬. (좌 – Squares, 우 – Hexes), 다양한 모양의 슬릿 무늬. (좌 – Dots, 우 – Holes)2) 532nm Green 레이저결론 및 검토이번 실험의 목적은 다양한 종류의 슬릿을 통과한 빛의 세기를 위치에 따라 측정함으로써 슬릿의 구조에 따른 회절 및 간섭무늬 간의 관계에 대해 확인하는 것이었다.실험 과정에서 회절 및 간섭무늬가 형성됨을 확인할 수 있었으며, 위치에 따른 빛의 세기를 시각화하였을 때 단일 슬릿은 단순한 회절 무늬가 형성됨을 확인할 수 있었으며 이중 슬릿의 경우는 간섭 현상에 의해 단일 슬릿의 것을 Amplitude Modulation 한 것과 같은 형태를 띄는 사실을 확인할 수 있었다.단일 슬릿 실험을 통해 파장이 짧아질수록 회절 무늬의 폭이 줄어듦을 확인할 수 있었으며, 이중 슬릿 실험을 통해 슬릿의 폭이 넓을수록 극소점 간의 간격이 줄어들고, 슬릿 간 간격이 넓을수록 극소점 간의 간격이 넓어짐을 확인할 수 있었다.또한, 2중과 3중 슬릿을 비교하였을 때, 중앙 회절 무늬 내 간섭무늬의 극대점은 각각 7개로 동일하며 간격 또한 거의 일치하나, 극대값의 Light Intensity가 더욱 예리하게 나타남을 확인할 수 있다.다양한 형태의 슬릿에 의한 회절 무늬는 및 와 같이 나타났다.실험을 통해 빛의 파동성의 대표적 예시인 회절 및 간섭 현상을 확인할 수 있었으며, 다양한 슬릿과 파장에 의한 회절 및 간섭 현상의 변화를 확인할 수 있었다.전반적으로 적절한 형태의 Intensity 그래프 형태를 보였으나, 다소 형태가 망가지거나 값이 추세에서 벗어나는 경향을 보이는 측정이 있었다. 실험 과정 상 손으로 Roller 및 Sensor가 달린 장치를 직접 밀어 x-axis를 변화시키는데, 이동 속도가 일정하지 않아 x-axis의 변화량이 일정하지 않아 측정이 균일하지 못하였을 가능성이 있다. 이를 보완하려면 매우 높은 Scanning rate를 가져야 하나, 그러지 못하였으며, 다른 보완 방법으로는 아주 느리게 움직이는 방법이 있으나, 최대한 느리게 움직였음에도 불구하고 충분하지 못하였다. 이를 해결하기 위해서는 장치가 지원하는 최대 Scanning rate로 측정하게끔 프로그램을 설정하거나, 장치에 모터를 장착하여 일정한 속도로 움직일 수 있게끔 한다면 더 나은 결과를 얻을 수 있으리라 기대할 수 있다.질문회절 및 간섭 무늬의 세기를 정성적으로 설명하여라결론 문단에서 서술하였다.이중 슬릿 회절에서 밝은 무늬가 중앙은 밝고 벗어날수록 어두워지는 이유는?실험 원리 문단에서 서술하였다.이중 슬릿의 두 슬릿 중 하나의 슬릿을 막으면 어떠한 변화가 있겠는가?동일 슬릿 폭의 단일 슬릿과 같게 된다.Single Slit, Double Slit으로 관찰되는 회절, 간섭 무늬의 차이를 알아본다.이중 슬릿의 간섭무늬는 단일 슬릿의 회절무늬를 Amplitude Modulation 한 것과 같은 형태를 띄는 사실을 확인할 수 있었다.Single Slit 회절 무늬를 이용하여 Red, Green 레이저의 파장을 구한다.Single SlitRed650nma(mm)0.04Green532nma(mm)0.04L(m)1L(m)1X1(m)X2(m)dX(m)X1(m)X2(m)dX(m)0.0530.08040.02740.09080.1120.0212파장(nm)파장(nm)1096848상대오차(%)상대오차(%)68.62%59.40%, 단일 슬릿 실험을 통한 레이저 파장.레이저 파장에 따라서 회절 및 간섭 무늬가 어떻게 달라지는지 확인한다.파장이 짧을수록 회절무늬의 폭이 좁아졌으며, 이는 회절이 덜 일어남, 즉 직진성이 강함을 의미한다.Slit 폭이 같고, slit 간격이 다를 때 회절, 간섭 무늬의 차이를 알아본다.슬릿 간 간격이 넓을수록 극소점 간의 간격이 넓어짐을 확인할 수 있었다.Slit 폭이 다르고, slit 간격이 같을 때 회절, 간섭 무늬의 차이를 알아본다.슬릿의 폭이 넓을수록 극소점 간의 간격이 줄어들었다.Double slit과 triple slit으로 관찰되는 회절, 간섭 무늬의 차이를 알아본다.이중 슬릿에 비해 삼중 슬릿의 경우 Light Intensity가 더욱 예리하게 나타남을 확인할 수 있다.참고문헌부산대학교 물리학과, 광학실험매뉴얼, 간섭과 회절.pdfpage PAGE * MERGEFORMAT2

자연과학| 2024.03.09| 15페이지| 4,000원| 조회(254)

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