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[광학실험] 프리즘, 회절격자 분광기 결과 보고서

결과보고서프리즘, 회절격자 분광기- 실험제목 : 프리즘, 회절격자 분광기- 실험주제 :1)빛이 프리즘을 통과할 때 어떤 일이 일어나는지 알아본다.2)매질의 굴절률을 파장의 함수로 측정하기 위해 필요한 도구를 알아본다.3)빛이 회절격자를 통과할 때 어떤 일이 일어나는지 알아본다.4)회절격자를 이용하여 빛의 파장을 측정하기 위해 필요한 도구를 알아본다.- 실험과정 :기초실험 장치이다. 수은등에서 나오는 빛을 집광기를 이용해 모으고 그 빛이 원판을 통과한 뒤 스크린 또는 망원경으로 관찰해야 하므로 설치하는 순서는 수은등->집광기->원판(프리즘 또는 회절격자)->스크린 순으로 배열을 하면 되는데 실험하기 편하게 하기 위하여 수은등 및 집광기와 원판은 고정시키고 스크린을 움직여서 일자로 만들거나 가운데에 빛이 오게끔 설치한 뒤에 움직이지 않게 고정하고 실험을 시작하면 편리할 것이다. 망원경을 설치 할 수도 있는데 이 때에도 집광기와 망원경이 일자가 되도록 맞추면서 이 때의 작은 각도기가 큰 각도기를 지시하는 각도가 0도가 되게끔 집광기와 망원경을 일자로 맞추는 것도 실험을 편하게 하는데 도움이 된다. 외부의 빛이 들어오면 결과값이 애매해서 최대한 정확한 실험을 하기 위하여 암실을 만들고 실험을 하였다.- 주의사항, 실험방법 : 우선 수은등이 꽤나 뜨거우니 주의한다. 그리고 추가실험을 위해 프리즘모양 아크릴 통? 에다가 아세톤은 넣지 않도록 해야 한다. 프리즘의 경우 빛의 파장에 따라서 굴절률이 다르므로 빛이 스펙트럼으로 관찰된다. 이 프리즘에서 입사광과 최종 굴절광이 이루는 각을 의미하는 δ를 측정하기 위하여 색별로 δ를 측정해야 하는데 이 때 연속스펙트럼 이므로 정확한 기준을 가지고 측정하기 위해서 측정자는 얼굴의 움직임 및 몸의 움직임 등을 최소화 하고 혼자서 측정하는 것이 좋은 것 같았다. 회절격자의 경우 격자와 스크린의 거리가 일정해야 하므로 격자와 스크린을 완벽하게 고정하고 실험을 진행한다.(공식에 의하면) 회절격자 간격 * sinθ = 파장 * 무늬의 차수 n에 수은등의 백색 빛이 모여서 가로로 긴 형태로 모여있었고, 나중에 알게 된 사실이지만 집광기를 돌려보니 빛이 세로로 길게 퍼지기도 했다. 측정하기 편하게 측정하면 될 것이다.기초2. 원판 위에 프리즘을 올려놓고 screen위의 상을 관찰하라. 상이 잘 보이지 않으면 다른 초점거리의 렌즈를 사용한다.-> 프리즘을 올려놓으면 빛이 프리즘을 거치고 스크린에 스펙트럼을 형성하게 된다. 이는 다색광의 빛이 프리즘을 거치면서 파장에 따라 굴절률이 달라져 일어나는 현상임을 알 수 있었다.기초3. 프리즘의 입사각과 굴절각으로부터 프리즘의 굴절률을 구하여라.-> 우선 프리즘에서 굴절률을 구하는 방법을 알아보았다.인터넷을 통하여 간단히 프리즘의 굴절률을 구할 수 있는 식을위와 같은 자료를 찾아냈다. 과정은 복잡하지만 공식은 매우 간단하게 프리즘의 한 각인 60도와 입사각에 대한 최종 굴절각 δ만 알면 프리즘의 굴절률을 구할 수 있었다. N유리 / N공기 = sin1/2(60+최종 굴절각) / sin30 이 식에서 노란색 빛의 최종 굴절각이 37도 정도로 측정되었다.(빨간색은 거의 보이지 않았음) 공식에 대입하면 N유리 = sin48.5 / sin 30 이 나오고 결과는 약 1.5 정도 나왔다. 이는 기존에 알고 있던 값과 크게 차이가 없었다. 초록의 경우 38도 파랑은 39도 보라는 39.75도로 측정되어 노란색과 같게 계산해 보았더니 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.색노란색초록색파란색보라색최종굴절각δ37.12383939.75굴절률1.501.511.521.53심화1. 렌즈와 screen을 치우고 망원경을 설치한다. 망원경을 이용하여 파장에 따른 프리즘의 굴절률을 측정한다.-> 기초실험에서부터 각도 측정이 매우 힘들어 스크린 대신 망원경으로 측정하여서 이 부분은 따로 하지 않았다.심화2. 재질이 다른 프리즘에 대해 위의 실험을 반복하여라.-> 프리즘에 물을 채우고 실험하였다. 최종 굴절각 δ이 24.75가 나왔고. 위에서 구한 공식에 넣고 계산하니 1.34가 나왔다. 물의 휴대폰의 후레쉬를 켜고 손으로 집광기에 잘 비춰서 프리즘에 입사시키고 분산되는 빛을 파악했는데 수은등으로 할 때보다 훨씬 깔끔하고 확실한 스펙트럼을 얻을 수 있었다. 그 이유에 대해 생각 해 보았는데 후레쉬와 수은등의 정확한 출력이나 세기는 알 수 없지만 눈으로 확인했을 때 수은등이 덜 밝고 더 퍼지는 경향이 있어서 약하다고 생각했다. 그렇기 때문에 스펙트럼 또한 후레쉬에 비해 약하고 보기 힘들게 나타났다고 결론지었다.자유주제2. 후레쉬가 아니라 적색 레이저를 입사시키면 어떻게 될까 하는 생각도 하게 되었다. 처음에 드는 생각은 당연히 단색광이 더 이상 어떻게 스펙트럼이 생기겠냐는 생각이 있었다. 실제로 실험을 해보니 스크린에 적색광만 나오게 되었는데 어떤 특정한 입사각으로 입사시키니 아주 얇은 스펙트럼이 생겼다. 왜 이런 현상이 생겼는지는 정확히 알 수는 없으나 개인적인 생각으로는 단색광이긴 하지만 only 단색광으로만 이루어진 빛이 아니고 빛 자체는 모든 색이 섞여있는데 그 중에서 일정 색의 파장이 대부분을 이루는 빛을 단색광이라 부르는 레이저로 쓰고있지 않을까 하는 생각을 해보았다.기초1. 적당한 위치에 렌즈와 screen을 두고 어떤 상이 맺히는지 확인하기-> 프리즘에서의 결과와 크게 다르지 않았다.기초2. 원판 위에 회절격자를 올려놓고 screen위의 상을 관찰하라. 상이 잘 보이지 않으면 다른 초점거리의 렌즈를 사용한다.-> 회절격자를 올려놓으면 빛이 회절격자를 거치고 프리즘에서와 같이 스크린에 스펙트럼을 형성하게 된다. 하지만 회절격자의 경우 스펙트럼이 연속되어 계속 나타남을 볼 수 있었다. 그리고 가운데 부분은 빛이 모여있어서 백색으로 보였다.기초3. 위의 결과로부터, 수은등에서 나오는 빛들의 파장을 계산해보라.-> 수은등에서 나오는 빛의 파장을 구하기 위하여 다중슬릿의 경우 파장, 격자상수, 회절되는 무늬에 관계되는 식을 알아보았다.다음과 같은 그림에서 경로차는 d*sinθ이고, 스크린에 보이는 무늬가 보강간섭일 경우에만 색으로 나타나서 우리차수 n은 1을 대입했으니 색깔마다 sinθ만 구하면 되는데 sinθ를 직접 재기에 현실적으로 너무 힘들어서 사용한 방법을 설명하자면 위에서 설명했지만 스크린을 벽에 고정시키고 회절격자도 원판에 고정시킨 상태로 직선거리를 측정하고(중앙) 중앙으로부터 색까지의 거리를 측정한 뒤에 피타고라스 정리를 이용하여 빗변의 길이를 알아내어 sinθ값을 구할 수 있었다. 파장을 제외한 모든 값을 구할 수 있으므로 색별로 파장을 구할 수 있었다.색보라색초록색주황색빨간색Sinθ0.270.330.350.3745파장(nm)432528560600심화1. 렌즈와 screen을 치우고 망원경을 설치한 다음 결과를 설명하라.-> 렌즈와 screen을 치우고 망원경을 설치해서 관찰하니 스펙트럼이 연속적으로 나오는 현상을 계속 관찰할 수 있었다. 파장을 구하기 위해서 각도가 필요한데 망원경을 이용하면 편리할 것이라고 생각하였으나, 실제로 망원경을 쳐다보면 눈이 아파서 색의 어느 부분을 일정하게 측정해야 하는데 그게 불가능하였다. 그래서 screen을 이용하여 흰색 종이에 대고 멀리서 색의 중앙 부분에 정확히 체크 한 뒤에 길이를 재는 식으로 측정하였다.심화2. 망원경을 이용해 수은등의 파장을 다시 측정한다.-> 이 역시 오차율이 너무 심해서 스크린으로 대체 하였다.심화3. 버니어 캘리퍼스를 회절격자 바로 뒤에 설치하고 회절무늬의 변화를 관찰.-> 버니어 캘리퍼스를 통하여 이미 한번 회절을 시키고 회절격자를 통과시켰더니 회절격자만 통과시켰을 때에 비하여 훨씬 많은 스펙트럼을 관찰할 수 있었다. 이미 버니어 캘리퍼스라는 단일슬릿을 통과하여 분산된 빛이 다중슬릿에서 한번 더 분산되기 때문에 이러한 결과를 얻었으리라고 생각했다.자유주제 : 프리즘에서와 같이 수은등을 대신하여 휴대폰 후레쉬를 이용하여 실험 해보았고, 적색 레이저를 이용하여 실험 해보았다.-> 휴대폰 후레쉬를 이용하여 실험을 하니 프리즘에서와 같이 스펙트럼을 훨씬 밝고 선명하게 얻을 수 있었다. 프리즘과 같은 이유일 것이라고 생각했다.수 없을 만큼 희미해지기 때문이라고 생각했다.이번 실험은 프리즘, 회절격자 분광기를 가지고 프리즘의 파장, 빛의 색깔별로 파장을 알아보는 실험이었다. 빛의 굴절과 회절에 대해서는 잘 알고 있다고 생각했기 때문에 실험을 쉽게 할 거라고 생각했지만 그리 간단한 내용으로만 이루어진 실험은 아니었다고 생각한다. 우선 프리즘 실험에서 입사하는 빛에 대한 굴절하는 빛의 각도는 알고 있었는데 이 관계를 어떻게 수식으로 사용해야 할 지 기존에 알고 있던 스넬의 법칙을 사용하기엔 입사하는 각을 설정하는 것부터 막막했었다. 하지만 첫 세미나를 했던 1조에서 설명했던 공식이 있다는 사실을 깨달았고, 그 공식을 찾아서 실험을 진행 한 뒤 직접 그 과정을 스스로 풀어나갔다. 어려움이 많아서 완벽하게 이해는 하지 못했지만 최종 결과로 나와있는 공식을 통해서 굴절률을 구할 수 있었다. 다음 회절격자 분광기 실험을 진행할 때에는 기존에 단일슬릿, 이중슬릿에 대한 내용을 잘 알고 있어서 크게 문제는 없었다. 하지만 실질적인 굴절각을 측정하는데 프리즘에서 사용했던 방법과 동일하게 망원경과 연결된 원판을 이용하여 각도를 측정하고 계산을 해 보았으나 오차가 심하고 연속된 스펙트럼으로 인해서 측정에 많은 애를 먹었다. 그래서 원판과 스크린의 거리를 미리 측정하고(이 부분도 많은 착오를 겪음) 스크린에 나타나는 스펙트럼을 체크한 뒤에 스크린을 가져와서 직접 자로 측정하였다. 이렇게 계산하니 오차가 많이 나오진 않았다. 그리고 프리즘의 자유주제실험에서 다른 매질을 가지고 굴절률을 알아보는 실험에서 물을 가지고 실험해서 비교적 정확한 값이 나왔는데 이는 오차가 좀 있을 것이라고 생각된다. 왜냐하면 물을 담는 용기 자체가 아크릴로 이루어져 있을 것이라고 생각하는데 빛이 외부 벽을 이루는 아크릴 면을 통과하면서 이미 어느정도 굴절이 있을 것이고 그 다음에 물에 입사하여 굴절된다. 그리고 최종적으로 나올 때에도 아크릴 면을 다시 한번 통과한다. 처음에는 들어올 때 나올 때 면에서 있는 굴절끼리 상쇄해서 얼추다.

자연과학| 2022.05.08| 9페이지| 2,000원| 조회(377)

결과보고서, 물리 실험, 회절격자, 프리즘, 결과레포트, 광학 실험

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[광학실험] 렌즈와 광학장치 결과보고서

결과보고서렌즈와 광학장치- 실험제목 : 렌즈와 광학장치- 실험주제 :1) 렌즈를 이용해서 원하는 위치에 원하는 크기의 상 만들기2) 렌즈의 조합을 이용해서 광학 장치들을 만들어보기- 실험과정 :기본적인 실험장치이다. 빛 -> 물체 -> 렌즈 -> 스크린의 순서대로 설치를 한다. 물체, 렌즈, 스크린 사이의 거리를 일정한 기준을 가지고 측정해야 할 것 같았는데 다행히 고정하는 곳에 위치 표시를 나타내는 눈금이 있어서 그 눈금을 기준으로 거리를 측정하였다. 기본적인 실험과정, 원리를 말하자면 광원의 빛은 사방으로 퍼지는 빛이므로 빛을 모으는 작용을 하는 볼록렌즈를 설치한다. 이렇게 하면 완벽하진 않지만 평행광에 가깝게 만들 수 있어서 더 좋은 실험 결과를 얻을 수 있다. 그리고 물체는 아크릴판 같은 얇은 판에 매직으로 2cm를 그리고 스크린에 보이는 무늬의 길이를 측정하여 상의 크기 변화를 관찰하기 쉽게 하였다. 물체 다음 렌즈를 설치하는데 볼록렌즈의 경우 물체까지의 거리를 S라고 하면 이 s가 렌즈 기준으로 얼마나 떨어져 있냐에 따라 상의 크기가 다르다. 초점을 f라고 하면S>2f일 경우엔 축소된 도립실상이 보인다.S=2f일 경우는 동일한 도립실상이 보인다.f오목렌즈의 경우도 1/a + 1/b = 1/f로 초점을 구하는 식은 같은데 b와 f가 음수이다. 퍼지는 빛들의 연장선으로 렌즈와 물체 사이에 축소된 정립허상이 생긴다. 오목의 초점은 실험적으로 측정하려고 하면 가장 빛나는 곳으로 잡을 수 밖에 없으며 위의 식에 대입하면 상이 초점보다 렌즈쪽에 있게 된다.이론적으로는 볼록렌즈 뒤에 오목렌즈를 설치하여 오목렌즈의 초점을 구할 수는 있다고 한다.기초4. 물체의 앞쪽에서 비스듬하게 비춰도 상을 얻을 수 있을까?-> 살짝 틀어서 상을 보려고 했으나 렌즈에 반사된 빛을 얻을 수는 있어도 제대로 투과하여 얻을 수는 없었다.심화1. 슬라이드 프로젝터 원리를 공부하고 구현하기.-> 슬라이드 프로젝터는 빛을 더 크게 비추면서 상하좌우가 바뀌지 않아야 한다. 그러므로 볼록렌즈 두 개를 가지고 상을 확대할 수 있었다. 이는 첫 볼록렌즈를 통과하며 위상이 바뀌고 두 번째 볼록렌즈를 통과한 뒤 위상이 바뀌면서 나가게 된다. 이 때 최초 광원의 크기가 작을수록 더 크게 확대할 수 있을 것 같고 스크린과 렌즈의 사이가 멀수록 더 크게 확대할 수 있을 것 같다. 결과를 보면 위아래 위상이 바뀌었는데 정확한 원인은 모르겠다 거리가 더 멀어야 할 것 같다.심화2. 현미경의 원리를 공부하고 구현하기.-> 현미경은 작은 물체의 부분을 크게 확대하여 볼 수 있게 해야한다. 그러므로 기본적으로 볼록렌즈를 통해 확대를 시켜야 한다고 생각한다. 그런데 현미경의 경우엔 눈을 대고 가까이서 손으로 조작하며 관찰해야 하는 기구이다. 그러므로 경통이 너무 길면 불편해지니까 경통의 길이를 짧게 하면서 더 잘 확대할 수 있는 방법으로 볼록렌즈와 볼록렌즈 사이에 오목렌즈를 하나 넣어서 빛이 조금이라도 더 퍼지게 하여 배율을 좋게 만드는 역할을 하는 것 같다. 실제로 실험은 벌레 +50 -50 +200 눈 순 서대로 설치를 하였고 벌레가 확대가 된 것을 관찰할 수 있었다.심화3. 망원경의 원리를 공부하고 구현하기.-> 망원경은 멀리 떨어진 물체를 눈으로 보기 위한 도구이다. 멀리 떨어진 빛을 모으기 위하여 바깥에 볼록렌즈가 있어야 하고 그렇게 모아온 빛을 퍼트려서 우리 눈에 보이게 해야 하 므로 오목렌즈가 뒤에 있게 된다. 실제로 실험은 물체 +300 -200 눈 순서대로 설치를 하여 실험하였고 옆 조원의 얼굴을 더 확대하여 볼 수 있었다.이번 렌즈와 광학장치 실험을 하며 아직까지 공부를 하지 않았던 오목렌즈와 볼록렌즈에 대해 공부하게 되었는데, 볼록렌즈는 생각했던 것 보다 매우 쉬운 렌즈였고 오목렌즈는 아직도 많이 어렵다. 이렇게 잘 몰랐던 상태였기 때문에 조원들의 도움을 많이 받아서 실험을 하게 되었다.기초2 실험에서 결과보고서를 쓰면서 알게 된 내용인데 우리 조는 렌즈와 렌즈를 붙여놓고만 실험을 하였다. 같은 렌즈로 실험을 해도 렌즈와 렌즈 사이의 거리에 따라서 당연히 초점거리가 달라짐을 확인해야 했는데 조원 모두 이상한 방향으로 실험을 했던 것 같다. 이 부분에 대해 이론적으로 생각해봤는데 기초2에서 첨부한 식을 보면 렌즈와 렌즈 사이의 거리인 a가 커질수록 1/f가 작아지므로 초점인 f는 커진다. 그러므로 렌즈와 렌즈 사이가 멀어질수록 초점거리가 증가할 것 같다는 생각을 해보았다. 그리고 기초2 실험을 처음 하려고 할 때에 렌즈 두 개를 붙여놓으면 당연히 초점 더하면 되지 않냐고 생각해서 +100mm와 +100mm를 붙여서 초점거리를 측정해 보았더니 +200mm의 초점거리와 아예 다른 결과가 나와서 두 개 이상의 렌즈를 이용할 경우엔 단순히 덧셈은 아니라는 것을 깨닫고 실험을 했었다. 기초3 오목렌즈의 초점을 구해보는 실험에서 시간을 가장 많이 뺏겼고 어려웠다. 이게 오목렌즈 앞에 볼록렌즈를 둬서 이론적으로는 구할 수 있다고 한다. 하지만 실험을 통하여 우리가 초점을 구하려고 한 것 자체가 문제였던 것 같다. 허상이 맺힐 것이라는 곳에 상이 보이지 않는 게 당연한 건데 어려워서 많이 헷갈린 부분이었다. 심화실험에서 프로젝터, 현미경, 망원경의 원리를 공부하면서 느낀점은 얘네는 물체를 확대시킨다는 점에서 공통적인 것 같다. 그러한 역할을 하는데 오목렌즈와 볼록렌즈의 조합으로 다 가능한 도구들이라는 것도 느꼈고, 다만 각자가 가진 용도에 따라서 배열, 순서, 조합이 조금씩은 다르다는 것을 알 수 있었다

자연과학| 2017.03.07| 6페이지| 1,000원| 조회(276)

실험, 렌즈, 광학, 오목렌즈, 볼록렌즈

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빛의 편광과 반사 결과 보고서 평가A+최고예요

결과보고서빛의 편광과 반사- 실험제목 : 빛의 편광과 반사- 실험주제 :1)편광기 하나의 각을 변화시키며 빛의 세기를 측정한다.2)편광기 두 개를 설치하고 두 편광기가 이루는 각에 따른 빛의 세기를 측정한다.3) 입사평면과 레이저의 편광방향이 이루는 각을 변화시키며 빛의 세기를 측정한다.4) 실험에서 사용한 프리즘의 굴절률을 추정해본다.- 실험과정 : 기초실험의 장치이다. 레이저->편광판->광검출기 순서로 설치를 하고 광 검출기의 값을 측정하기 위하여 멀티미터를 연결한다. 그리고 단단하게 고정시키면 간단하게 장비 설치는 할 수 있다. 여기서 2차편광에 의한 실험을 진행 할 경우 편광판을 하나 더 설치하면 된다. 편광판의 각을 바꿔가며 간단한 기초실험을 진행하였다. 그리고 레이저를 최대한 검출기의 중앙에 닿도록 했다. 심화실험에서 프리즘에 의한 반사에 대한 실험은 이 사진과 같은데 위 실험과 같지만 검출기 자리에 프리즘을 두고 반사되어 닿을 거리에 광 검출기를 두었다. 최대한 평행하게 진행하게 장비들을 설정 한 뒤 프리즘을 기준으로 수평대의 각을 조정해 가며 심화실험을 진행하였다.- 주의사항 : 암실에서 멀티미터를 잘 관찰 가능하다면 암실에서 하는게 더 정확하겠지만 상대적인 값으로도 충분히 결과를 확인 가능하니 굳이 암실을 만들 필요는 없다. 하지만 측정할 때 마다 외부의 빛이 변화가 최소가 되게끔 한다.광원에서 검출기에 닿기까지 최대한 평행하게끔 유지하도록 노력한다.(정확한 브루스터각 측정을 위해) 이 부분은 광원과 프리즘, 검출기를 먼저 평행하게 맞춘 뒤 프리즘을 놓는 것이 더 편할 것이다.단위를 적당하게 크게 하여 측정한다. 너무 적은 측정단위에서는 측정값의 변동이 심하여 측정에 불편함을 겪을 수 있기 때문이다.- 실험 데이터 정리 :편광기가 하나일 때의 편광 각도에 따른 빛의 세기 측정값편광기 하나의 각을 변화시키며 빛의 세기를 측정하는 실험에서 실제로 자연광에 편광판을 하나만 가지고 편광시키면 편광의 방향만 달라지고 세기는 일정할 것이다. 하지만 레이저의 밝기 즉 세기가 변하는 것을 보고 이 레이저가 이미 어떠한 방향으로 편광이 되어 있는 레이저임을 알 수 있었다. 그리고 각을 0도에서 90도까지 변화시켜보면 세기가 0이되는 지점이 나와야 정상인데 그러한 부분이 나오지 않고 일정양만 깎인 상태로 빛의 세기가 측정되는 것을 통하여 실험실에서 사용하는 레이저가 무척 강하다는 것을 알게 되었다. 그래서 이 다음 실험부터 레이저 앞에 편광판 하나를 덧대서 세기를 낮추고 방향을 원하는대로 바꿔 놓은 상태에서 실험을 진행했다.편광기 두 개가 이루는 각에 따른 빛의 세기 측정값편광판 두 개를 가지고 실험을 해보니 두 편광기가 이루는 각도가 서로 수직이 되어버리면 빛이 거의 통과를 하지 못하였다. 이는 그리 놀라운 결과는 아니었다. 위에서 말했던 광원에 편광판 하나를 덧대서 세기를 낮추고 원하는 방향으로 편광을 시켜 놓은 것을 광원이라고 생각하고 실험했다고 했는데 약 30도 정도로 편광을 시키고 실험을 했는데 예상했던 것처럼 두 편광기 모두 30도를 이룰 때 가장 빛의 세기가 크게 측정되었다. 그리고 레이저의 초기 편광각도에서 90도 만큼 바꾸는 것이 가능하냐는 질문이 있었는데 편광기 두 개가 서로 수직일 이루지 않은 상태에서 1차 편광기가 광원과 이루는 각 + 2차 편광기가 1차 편광기와 이루는 각이 90도만 된다면 세기는 약해지지만 90도로 꺾을 수 있다는 것도 알 수 있었다.입사평면과 레이저의 편광방향이 이루는 각에 따른 빛의 세기 측정값이 실험에서는 편광되는 각도를 0도, 30도, 60도, 90도로 변화시켜가며 프리즘에 입사시켜보고 각각의 각도마다 프리즘에 입사하는 입사각을 10도단위로 변화시켜가며 반사되는 빛의 세기를 측정하였다.우선 편광판이 0도일 때라는 말은 입사평면에 평행한 0도편광이라고 설정하고 실험을 진행하였다. 이 때에는 입사평면과 평행한 평행편광이라고 불리는 P편광에 의해 50도와 60도 부근에서 반사율이 거의 0에 수렴하는 현상이 일어났다. 그리고 편광이 30도, 60도의 경우엔 0도편광만큼의 반사율은 아니지만 그래프로 확인한 결과 비슷한 성질을 약간 볼 수 있었다. 또 30도, 60도 정도로 휘어져 있는 만큼 각각 수평성분인 x성분과 y성분이 어느 정도 들어 있기 때문에 이러한 성질을 보였던 것으로 생각됐다. 90도 편광인 수직편광 즉 S편광 상태의 입사에서는 50도와 60도 부근에서 아예 이런 현상을 확인할 수 없었다.이를 통해 실험에서 사용한 프리즘의 굴절률을 알아보기브루스터각의 성질중에서 임계각일 때 반사파와 굴절파가 이루는 각도가 수직이라는 성질이 있다. 그리고 당연히 입사각과 반사각은 같기 때문에 위 내용들과 스넬의 법칙을 이용하여 굴절률을 쉽게 구할 수 있었다.여기서 n2는 우리가 구하고자 하는 프리즘의 굴절률이고 n1은 공기의 굴절률이다. 스넬의 법칙에 의하면 첫 번째 등식이 성립하게 된다. 그리고 굴절각과 반사각의 합이 90도 이므로 굴절각은 90-반사각으로 놓을 수 있기 때문에 두 번째 등호도 성립한다. 그리고 결국 탄젠트 입사각이 상대 굴절률이라는 결론에 도달하게 되었고 공기의 굴절률을 대략 1로 잡았기 때문에 N2=탄젠트 입사각 이라는 식만 남았었다. 하지만 실험을 10도단위로 각을 변경하며 했기 때문에 정확한 임계각은 알지 못하고 측정하였던 60도를 탄젠트 값에 넣어보았더니 1.73정도가 나왔다. 내가 알던 유리의 굴절률과 조금 달랐지만 정확한 임계각을 측정했다면 조금 더 정확한 값을 측정할 수 있었을거라 생각했다.이번 실험은 빛의 편광과 반사에 대한 실험이었다. 편광에 대해서는 내가 잘 아는 부분이라서 걱정은 없었고 브루스터각은 잘 모르는 부분이기 때문에 광학수업시간에 집중해서 들었고 직접 찾아보며 수직, 수평 편광에 따른 브루스터각의 유무에 대해서 알아가는데 수평, 수직, 평행 너무 인터넷 글마다 내용이 다른 것 같고 책을 봐도 확실하게 이해가 가지 않았는데 세미나 발표를 준비하면서 입사평면이라는 개념을 생각을 하지 않았기 때문에 이러한 어려움이 있었던 것임을 알 수 있었다. 입사평면이란 입사각 반사각 굴절각을 모두 한 면에 포함하는 평면인데 이 평면을 기준으로 수직하다 수평하다 라고 말을 하는 것이었는데 정확한 기준점 없이 내가 관찰하는 방향을 기준으로 생각을 하다 보니 이러한 오개념 속에서 분석하는데 많은 시간을 쏟았던 것 같다. 그리고 잘 알고 있다고 생각했던 기본적인 편광 내용도 다르게 알고 있었는데, 편광판을 통하는 자연광은 편광판과 같은 방향의 전기장만 통과 하는 줄 알았는데 이게 아니라 모든 방향의 전기장이 편광판과 이루는 cos세타 만큼의 진폭으로 줄어든다는 개념도 알게 되었다. 실험하면서 어려웠던 점은 레이저를 최대한 평행하게 맞추면서 편광판 두 개를 통과시키고, 프리즘을 거쳐서 광 검출기의 중앙에 도달하게 끔 설치하는 과정에서 많은 시간을 할애했는데, 위에 주의사항에서 설명한 팁은 실험이 끝나고 알게 된 사실이다. 처음부터 레이저와 프리즘 그리고 광 검출기로만 설치를 한 뒤 편광판을 거리를 조절하며 통과만 하게 만들었으면 훨씬 빠르고 편했을 것이라는 생각이 들었었다.실험을 하는 중간에는 평행편광 수직편광에 대한 개념이 잡히지 않은 상태에서 실험을 했지만 이해가 잘 안되더라도 질문에 맞는 실험을 한 뒤에 결과값을 보며 이해가 되지 않았던 이론과 접목시키면 훨씬 이해하기 쉽고 잘 알 수 있다는 것을 이번 실험을 통해 크게 느끼게 된 것 같다.

자연과학| 2016.04.17| 6페이지| 1,000원| 조회(350)

빛, 편광, 광학, 반사, 광학실험, 편광과 반사

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