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[물리학] 회절격자의 격자 상수 측정 평가A+최고예요

♤ 실험 제목: 회절격자의 격자상수 측정♤ 실험 목적: 빛의 회절 현상을 이해하기 위해 격자상수를 알고 있는 회절격자를 이용하여 주어진 광원의 파장을 측정하고 이 광원을 사용하여 미지의 회절격자의 격자상수를 측정한다.♤ 실험 이론:회절 발은 가는 슬릿을 몇 가닥 늘어놓은 것과 같으며, 이것에 평행광선을 비추면 선이 그어져 있지 않은 회절 발 부위에서 일제히 여러 각도로 회절 된 빛이 나온다. 이 때 이웃하는 슬릿으로부터 같은 방향으로 회절 된 빛은 양쪽 광 행로 차가 파장의 정수배가 될 때는 서로 강화되는데, 광 행로 차는 빛의 회절 각으로 결정되므로 어떤 파장의 빛은 파장의 1, 2, 3,…배의 광 행로 차가 얻어지는 특정방향으로 그것에 대응하는 1차, 2차, 3차,…의 밝은 간섭 선을 만든다.그림[1]에 나타나 있는 바와 같이 유리판 위에 단위길이 1cm 마다 n개의 평행선을 그린 회절격자(G)에 파장이 λ인 평행광선이 수직으로 입사할 때, 격자를 통과한 후 입사 방향에 대하여 m차 회절 광이 각도를 가지고 회절 되었다고 하자. 이웃한 평행광선 사이의 광로 차는 이므로를 만족시키는 각도 에 대하여 회절 된 빛들이 모두 보강 간섭을 하므로 빛의 세기가 최대로 된다. 여기서 d(cm)은 격자상수이고, m은 회절광의 차수를 표시해 준다. 따라서 회절 각 를 측정하면, 회절격자상수 d를 알고 있을 때는 사용하는 광원의 파장 λ를 알게 되고, λ를 알고 있을 때는 d를 결정할 수 있다.♤ 실험 기구: 광 센서(Light Sensor) 1개, 회전모션센서 1개 , 광학받침대(1m) 1개, 회전판 및 회전 팔1조, 유리회절격자(격자상수를 알고 있는 것) 1개, 유리회절격자(격자상수를 모르고 있는 것) 1개♤ 실험 절차그림과 같이 광원을 광학받침대 한쪽에 놓고 회전판 팔 부분에는 광 센서를 고정한다. 회전판의 중앙에는 회전모션센서를 연결하여 회전판의 움직인 각도를 회전모션센서가 측정할 수 있도록 한다. 광 센서의 감도를 ‘1’로 하여 회절광의 세기가 포화상태에 이르지 않절 각을 측정할 때 자꾸 오류가 났다. 회전 팔이 움직인 각도가 바로 컴퓨터에 입력되지 않는 것이었다. 몇 초가 지나서야 입력되곤 했다. 그래서 회절 각을 찾아주다가 끝내 나중엔 오차가 너무 많이 나와서 그것을 활용하는 것은 무리였다. 결국에 원시적인 방법으로 회전 판에서 직접 회절 각의 각도를 읽어 주었다. Data studio program에서 측정해주는 Angular Position 값과 실제 각도상의 비례 수치가 55.5임을 알았는데도 불구하고 어쩔 수 없이 위의 방법을 택해야 했다.회절 격자 상수를 구해 줄 때 주의해야 할 것은 를 통해서 나온 d값이 그대로 회절 격자 상수가 되는 것은 아니라는 점이다. 이것을 모르고 계속해서 d값을 구하려고 하다 보니 이론적인 수치와 상당히 많은 차이가 났었다. 격자 상수란 1cm당 격자 수를 말한다 따라서 내가 구한 d값의 역수를 취해주어야 되었다. 가령 미지 격자의 격자 상수 측정 m=1차 식 에서 d= 0.00015612가 나왔다. 이것은 0차와 1차의 광 행로 차이가 되는 것임에는 틀림없다. 그러나 격자상수는 그 이동한 거리의 차이가 아니라 그 거리의 차이가 1cm가 되려면 격자 수가 몇 개가 되어야 하냐고 묻는 것이었다. 조교 선생님께서 설명을 하실 때 d를 이용해 격자상수를 구할 수 있다는 말을 잘못 이해해서 그 d가 바로 격자 상수라고 받아들였기에 이런 실수가 발생했다.슬릿 구멍 간격을 조절하여 가장 작은 구멍 간격인 1에서 가장 큰 구멍 간격인 6까지 올리며 빛을 쐬어 주었다. 구멍이 클 때 쉽게 광도가 큰 각도를 찾아줄 수 있었으나 정확한 각을 얻으려면 민감도가 큰 1로 맞춰줘야 했다. 그러나 그 작은 구멍으로 빛이 들어가게 하는 일이 쉬운 일이 아니어서 2로 놓고 실험을 진행했다. 오차는 Data studio 를 이용해 회절 각을 재지 않고 육안으로 본 회절 각의 각도를 측정한 것이라서 발생했다.♤ 참고 자료 HYPERLINK "http://physica.gsnu.ac.kr/physedu/modex산시키는 성능이 좋고 스펙트럼띠가 장파장인 빨강 쪽에서도 좁아지지 않으며, 빨강에서 보라에 이르기까지 스펙트럼의 색 띠가 각 파장마다 균일하게 퍼지며, 스펙트럼띠가 1차·2차·3차로 병렬적으로 나타나는 점 등 프리즘에 의해 일어나는 것과는 다른 특징을 볼 수 있다. 회절발을 제작하는 데는 보통 다이아몬드 각선기를 사용하는데, 1cm당 수천 개나 되는 가는 선을 새기는 작업은 극히 어려우므로 실제로는 선을 새긴 회절발을 플라스틱에 옮기고 이것을 유리판에 붙인 레플리카 격자를 이용하는 경우가 많다.1. 원리회절발은 가는 슬릿을 몇 가닥 늘어놓은 것과 같으며, 이것에 평행광선을 비추면 선이 그어져 있지 않은 회절발 부위에서 일제히 여러 각도로 회절된 빛이 나온다. 이 때 이웃하는 슬릿으로부터 같은 방향으로 회절된 빛은 양쪽 광행로차가 파장의 정수배가 될 때는 서로 강화되는데, 광행로차는 빛의 회절각으로 결정되므로 어떤 파장의 빛은 파장의 1, 2, 3,…배의 광행로차가 얻어지는 특정방향으로 그것에 대응하는 1차, 2차, 3차,…의 밝은 간섭선을 만든다.http://physica.gsnu.ac.kr/physedu/modexp/Pelect2/main.htmⓑ 회절격자 : 광원의 슬릿에서 나온 빛을 분광시킬 수 있는 것으로 1mm당 150 ~600개의 선이 그어져 있는 것이면 적당하다. 또한 부득이 할 경우에는 프리즘을 사용할 수도 있을 것이다.http://blog.naver.com/crystl92.do?Redirect=Log&logNo=100007727520Laser 간섭 및 회절실험1. Young의 간섭실험1. 실험목적Young의 2중 슬릿에 의한 빛의 간섭과 회절현상을 관찰하고, 빛의 파장을 구한다.2. 실험원리Tomas Young은 빛에 대한 간섭효과를 발견하여 빛의 파동설을 세웠다. 간섭이란 두 개의 파동이 서로 중첩되어 어떤 공간에 에너지가 균일하게 분포되지 않고, 어느 점에서는 극대가 되고 다른 점에서는 극소가 되는 현상을 말한다. 간섭을 일으키기 위해서는 간단하고 가장 유용한 기구이다. 이 격자는 먼저 요셉프라운호퍼(1787∼1826)에 의 해 광범위하게 사용되었다. 이 격자는 잘 닦여진 반사나 전송면 위에 균일하게 간격을 둔 미소평행선인 그릿(grid)으로 이루어져 있다. 이 선들은 보통 1인치당 10,000∼15,000 개의 선에 가느다란 다이아몬드 점으로 이루어져 있다. 에서 A, B, C와 D는 격자의 조그만 부분에서 연속적인 투과공간을 나타낸다. 격자의 줄을 친 선이 지면에 퍼져 있다. 빛의 비임과 같은 단색복사선의 평면파면 NM은 격자상에 수직으로 입사된다. 각각의 격자개구(開口)는 이들 개구(開口)의 위상에 있게 되는 잔물결들을 발생시키게 된다. 이들 물결파의 어떤 외피일지라도 이 파면에 수직인 선을 따르는 광의 전파(傳播)방향으로 새로운 파면을 형성한다.원래의 파면에 평행한 선 N'M'은 하나의 가능한 파의 외피이다. 에 나타나 있는 것과 같이 이 비임에 놓여 있는 렌즈는 동일위상의 0점에 하나의 상을 마치 격자가 존재하지 않은 것처럼 생기게 한다. 이 상을 직접(直接)상이라 한다. 또 다른 외피는 선 AJ를 따라 점 A로 부터 주어진 파, 점 B로 부터 1차 진행파, 점 C로 부터 2차 진행파, 등을 포함하도록 루어져 있다. I1에서 렌즈까지의 상을 1차상이라 한다. 선 AK는 점 A에서 주어진 파, B로부터 2차 진행파, C로 부터 4차 진행파 등을 포함하는 다음 가능한 외피이다. I2에서 렌즈까지 형성된 상을 2차상이라 한다. 따라서 정면상 O의 양측면에서 순서의 증감에 따른 상의 연속일 것이다. 는 단지 격자의 개구(開口) A와 B를 포함한 의 한 부분을 확대한 것이다.삼각형 BAJ'에서 1λ = d sinθ1 이다. 여기서 d는 격자공간이고 θ1은 정면상으로 부터 1차 상의 각변위이다.유사하게 삼각형 BAK'에서 2λ = d sinθ2 이다. 여기서, θ2는 정면상으로 부터 2차 상의 각변위이다. 따라서 어떤 차수에 대하여도 여기서 n은 차수의 수치인데 다음과 같다. nλ = d si성) 이의제기 아보가드로Amedeo Avogadro이탈리아의 화학자·물리학자. 토리노대학 교수. 1811년 돌턴의 원자설과 게이뤼삭의 기체반응의 법칙을 결부하면 기체의 체적과 분자의 수 사이에는 단순한 관계가 있을 것이라고 생각하고, 일정한 온도·압력에서 같은 체적인 기체는 일정수의 분자를 포함한다고 가정. 예컨대 물분자가 2개의 수소원자와 1개의 산소원자로 이루어진다고 한다면, 2용적의 수소와 1용적의 산소로 2용적의 물(기체)이 된다는 것을 설명 할 수 있다. 원자와 분자가 처음으로 구별된 것이다. 이 설은 1860년경까지도 전혀 인정되지 않았는데, 역시 이탈리아인 카니차로의 노력으로 국제적으로 인정. 아보가드로 상수는 이 공적을 기념하는 것이다.--> 위의 글로 보아서 아보가드로는 그 값을 구해내지 못했습니다. 단지 일정 수를 가진다.. 라고만 생각한 것이지요...아래의 자료를 보아도 알수 있겠죠? 아보가드로가 아니라 로슈미트가 처음으로 결정했다고 하니까요...아보가드로수 Avogadro''s number 원자.분자.이온.전자.레디칼 등의 물질입자 1mol 속에 함유되어 있는 입자의 수. 기초물리상수의 하나로서 보통 L또는 N_0라 표기하며 6.02*10^23이다. 이 값은 오스트리아의 J. 로슈미트가 처음으로 결정하여 독일에서는 로슈미트수라 했다. 그러나 일반적으로는 0도씨, 1atm의 기체 1ml 속에 존재하는 분자수를 로슈미트수라 불러 구별한다. 기체의 점성(점성), 확산상수(확산상수), 에멀션의 분포, 브라운 운동 등에 의한 방법이 이전에는 사용되었으나 이들은 모두 정밀도가 별로 좋지 않다. 정밀도를 높이기 위해서는 다음과 같은 방법이 있으며 (3)의 방법이 가장 정밀도가 높다. (1) 라듐의 알파입자(헬륨의 이온)의 방출속도 n과, 일정시간 t초에 얻는 헬륨의 생성량 m(g) 사이에서 구한다. 식은 m = M n t / N_0(M은 헬륨의 원자량)가 된다. (2) 대전(대전)된 기름방울의 미량입자(미량입자)를 낙하시켜 그 속도에서 전기소량(전기소

공학/기술| 2005.07.26| 13페이지| 1,000원| 조회(4,715)

일반물리, 격자상수, 회절격자, 슬릿, 회절격자의 격자상수

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[물리학] 오실로스코프 평가A좋아요

♤ 실험 제목: 오실로스코프(Oscilloscope)♤ 실험 목적: 물체의 성질을 알아내는 데 쓰이는 오실로스코프의 사용법을 간단한 실험을 통해 알아 본다.♤ 실험 이론:♤ 실험 기구-> PASCO 750 Interface 1개, BNC cable 1개, Oscilloscope 1개, Multimeter 1개위에는 오실로스코프의 사진을 표시했다. 오실로스코프는 물체에 전압을 걸어주었을 대, 일정 지점에 대한 전압을 측정하는 장치이다. 오실로스코프는 개략적으로 전자총, 편향 판, 스크린으로 나눠진다. 전자 빔을 전자총이 발생시키면 전자총에서 집속된 전자 빔의 흐름을 바꾸어 주는 수직, 수평 편향 판을 통과한 후 그것들 간의 충돌로 빛을 발산하게 하는 형광체를 도포한 스크린에 표시된다.전자 빔은 스크린에 충돌하면 발광하는데 이 과정에서 전자 빔이 화면을 훑고 지나가는 시간은 매우 짧으므로 사람의 눈에는 점이 지나가는 경로가 마치 연속된 선으로 보이게 된다.♤실험 기구Oscilloscope 1개, PASCO 750 Interface 1개,BNC cable 1개,Multimeter 1개♤실험 절차1. Oscilloscope의 CH1 단자와 PASCO 750 Interface의 OUTPUT 단자를 BNC cable로 연결한다. (PASCO 750 Interface의 전면 맨 좌측 out-put 단자가 Signal 출력부분이다.)2. Signal generator 패널에서 적당한 주파수와 진폭의 파가 나오도록 조절한 다음 ON을 클릭한다.3. Signal Generator에서 나오는 파형이 관측되도록 Oscilloscope를 조절하여 여러 가지 주파수와 진폭을 관측한다.4. 주파수를 계산하여 Function Generator에 표시된 주파수와 일치하는지를 확인한다.5. Multimeter를 이용해서 Signal Generator의 OUTPUT 단자의 전압을 측정한다.6. Oscilloscope에서 관측된 진폭(전압)과 비교하여 본다.7. 톱니파와 사각파에 대해서도 같은 측정을 실시한다.8. Oscilloscope에서 측정되는 교류파형의 최대 진폭값은 최대전압 (Vm)이고, Multimeter에서 측정되는 전압(실효전압)은 이 최대전압과 어떠한 관계가 있는지 알아본다. (그렇다면 Multimeter에서의 측정 전압은 최대전압인가 아니면 실효전압인가?)♤ 실험 그래프♤ 실험 결과-> 뒷장에…♤ 질문1. 각 파형에 따른 교류전압의 실효치를 알고 그 계산 방법을 조사하자.-> 실효치= 실효전압/최대전압정현파: 3.5/5.0 = 0/7 톱니파: 2.73/5.0 = 0.5 사각파: 5.56/5.5 = 1.02. 리사쥬 커브 (Lissajous curve)란 무엇인가?->임의의 주파수를 지닌 정현 파를 CRT의 수평 및 수직 편향 판에 동시에 인가하면 스크린에는 여러 가지 형태의 도형이 나타나게 되는 데 이 도형을 리사쥬 도형이라 한다.주파수가 같은 두 신호가 편향 판에 인가될 댄 형성된 도형의 형태를 결정하는 것이 두 신호의 위상 차이이다. 수평 측 전압이 V= V*sin(wt )이고, 수직 측 전압은 V=b*sin(wt+p)이다. t=0, V=0 이고 수직 축 전압이 a일 때 정리하면 p= arc sin(a/b)가 되는데 그것이 위상 각이다.위상차가 p일 때 p= arc sin(a/b) = arc sin(2/6) = 19.2 도♤ 토의지난 5월에 학교 올림픽 체육관에서 Technology Fair 행사가 있었다. 그런데 그 행사에서 에서 출입구 부분에 있던 것이 바로 전자전기 컴퓨터 공학부의 오실로스코프 장치였다. 전자시스템 집적 연구실에서 근무하는 권오경 교수의 팀이 전시한 것이었는데 이 오실로스코프의 창출가치는 9,000억 원이라고 했다. 당시 나는 시간에 따른 전압의 변화를 표시하는 저 장치가 어째서 그렇게 특별할까 여기고, 그 코너의 관계자에게 저 장치가 저렇게 막대한 가치를 창출해 내는 연유에 관해 자세히 알아봤다.관계자는 대부분의 물체가 아주 미세하게라도 전압을 방출한다고 했다. 그리고 시간당 방출하는 전압의 양이 달라서 시간에 따른 전압 곡선이 물체마다 고유의 파형과 진폭 진동수를 지니고 있다고 한다. 사람들은 이미 라디오라는 물체가 내는 고유 파형과 진폭 진동수를 알고 있는데 라디오가 망가지면 그 파형이 바뀐다고 한다. 그래서 그 바뀐 파형을 보고 라디오의 어느 부분이 망가졌는지 또 어떻게 고쳐야 제대로 된 파형을 얻을 수 있는지 알 수 있다고 한 것이 기억에 남는다.이번 실험에서는 물체에 전압을 걸어준 뒤에, 파형을 알아내고 최대값과 실효 값을 비교하여 실효치를 계산해 냈다. 그런데 톱니 파와 사각 파 실험에서 최대 전압이 입력 전압 보다 더 크게 나오게 되었다. 실험할 때 물체에 잠깐 손을 댔는데 그것으로 인해 저항이 올라가서 전압이 증가한 것 같다. 실험결과 최대 전압과 실효 전압 사이의 비율은 잘 들어맞아서 다행이다. 그런데 계산 과정에서 실효 전압의 이론 값을 구하여야 했다. 그 때 sin(x)를 적분하여야 하는데 그 적분 범위 즉 올바른 상한과 하한을 생각하느라 고생했다. 그리고 덧붙여서 자료 조사 과정에서 리샤주 커브의 개념도 알게 되었다. 리샤주 커브에서 수직과 수평 편향 판에 같은 주파수의 빛을 쏴 주어 우리에게 익숙한 여러 도형을 만들 수 있다는 것을 알게 되었다.♤ 참고 자료 HYPERLINK "http://www.dongwoost.co.kr" http://www.dongwoost.co.kr HYPERLINK "http://www.g-tek.co.kr" http://www.g-tek.co.kr HYPERLINK "http://me.2000.pe.kr/new/cywbe/guoo" http://me.2000.pe.kr/new/cywbe/guooFundamentals of Physics(일반 물리학 책)지식 in 네이버 good015931씨 글지식 in 네이버 timberjin 씨 글지식 in 네이버 jinminerva 씨 글PAGE PAGE 2

공학/기술| 2005.07.26| 10페이지| 1,000원| 조회(1,232)

오실로스코프, 물리학, 일반물리, Oscilloscope, 실효전압

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[물리실험] 빛의편광(광활성도)

♤ 실험 제목 : 편광편광 실험 2-광활성도 Optical Activity♤ 실험 목적:광활 성이 없는 매질을 진행하는 빛은 그 편광 축이 일정하지만 광활 성을 갖는 설탕 물 에서는 진행하는 빛의 편광 축이 회전되어 입사 편광 축과 매질을 통과한 출사 회전축이 다름을 확인해 본다.♤ 실험 이론:물체의 분자구조가 꼬부라진 형태이면 통과하는 빛의 편광 면은 회전한다. 어떤 물질은 선편광의 빛이 들어 왔을 때, 이의 편광방향을 연속해서 회전시키는 성질을 가지고 있다. 이를 광활 성 (optical activity)라 한다. 아래 그림은 이들 물질에서 빛의 편광이 어떤 모습으로 회전하는지를 보여주고 있다. 처음 설정된 그림은 파가 진행함에 따라 그 선편광의 방향이 시계방향으로 회전하고 있다. 빛의 편광상태는 빛을 마주보고 받아들이는 입장에서 그 회전이나 진동방향을 방향을 말하므로 이 경우 우 선성 (dextrorotatory) 이라 한다. 경우에 따라서 물체가 이러한 행동과 거울대칭으로 편광 방향을 변화시키기도 하는데 이때에는 좌 선성 (levorotatory)이라 한다.광활 성 물체에서의 편광 면의 회전 모양 축으로 선편광의 빛이 결정 뒤에서 광활 성 결정으로 진입하여 결정을 빠져 나간다. 결정 속을 진행하는 빛은 진행함에 따라 점점 특정한 방향으로 편광 축이 회전을 하여 결정을 빠져 나올 때에는 슬라이더로 주어진 각만큼 기울어지게 되는 것을 보여준다. [에서 결정 속의 전기장를 분홍색조로, 결정을 빠져나간 전기장을 노랑색으로 보여주고 있고, 또한 선편광의 방향을 양쪽 화살표로 결정의 앞뒤에 나타내었다.]아래 그림은 수정이 그 결정 모양에 따라 좌선성과 우선성을 가지는 것을 보여준다. 좌선성의 수정과 우선성의 수정은 그 원자 조성은 같지만 결합상태가 거울을 보는 형태로 서로 좌우 대칭이라고 할 수 있다. 이러한 좌우 대칭 결정(enantiomorphs)은 대부분이 그 상에 따라 좌선성과 우선성의 광활성적이다. 그러나 결정을 이루지 못하는 수정은 비 활성적 이다.< 설탕의 회전 능 >액체에 의한 편광 면의 회전은 1811년 Biot에 의해 발견되었다. 광활 성이 없는 용매에 광활 성을 가진 용질을 녹인 액체에서 편광 면의 회전각은 광활 성을 가진 용질의 양에 비례한다. 이러한 광활 성을 가진 용질로써 설탕을 사용할 수 있다. 어느 용매에 1 g의 용질을 포함한 용액 1 cc에서 1 cm길이를 진행하면서 발생되는 편광 면의 회전각을 회전 능 (specific rotrary power) 또는 비 회전이라 한다. 즉 용액의 농도가 d g/cm3인 경우 빛이 이 용액을 L cm 통과할 때 편광 면의 회전각이 θ (degree)이면 회전 능 (ρ)은 다음과 같다.ρ = θ/(Ld)♤ 실험 기구- 광학 대 1개, 편광자 2개, 설탕물통 1개, 비커 1개, 레이저 1개, 광학 지지대 2개,light &rotary sensor 각각 1개, 저울 1개, 설탕 1개♤ 실험 절차- 편광실험 매뉴얼을 참고하여, 실행하였던 로터리 모션센서를 이용한 회전각도 측정을 그대로 행한다. 단지 두 편광 판 사이에 설탕물통 고정 대를 끼우기만 하면 된다.< 그림 .3 >(ⅰ) Laser를 켠 뒤 설탕물통이 없을 때 start 버튼을 누르고 검광 자를 오른쪽으로 회전시켜 (0o부터 360o) 두 번째 편광자의 각도에 따른 빛의 세기가 기록되게 한다. 기록이 되면 stop을 누른다.(ⅱ) 설탕물통에 물을 100ml넣고 설탕을 10g 넣어 설탕이 물에 녹을 때까지 흔든 후 과 같은 위치에 놓아 start 버튼을 누르고 이번엔 검광 자를 왼쪽으로 회전시켜 (360o 부터 0o) 두 번째 편광자의 각도에 따른 빛의 세기가 기록되게 한다. 그러면 두 경우 위상이 다른 것을 확인함으로써 편광 면이 회전되었음을 확인할 수 있다. 이때의 테이블 값을 보아 각각의 경우에 빛의 세기가 0일 때의 각도를 찾아내면 그 차이 값이 회전각이 된다.(ⅲ) 설탕물의 농도를 변화시키면서 (ⅰ), (ⅱ)를 되풀이한다.주의; 설탕물의 농도를 달리할 때 그 온도는 변해서는 안 된다.-데이터 분석회전각은 위에 설명한 대로 빛의 세기가 최저인 각도의 차이를 읽어나가면 된다. 최대인 경우를 사용하여도 결과는 물론 같아야 한다.회전각[θ]♤ 실험 결과-> 뒷장에…♤ 질문1. 수정의 광활성에 대해 조사해보자.-> 수정은 결정 모양에 따라 좌선성과 우선성을 가진다. 그 둘은 원자 조성은 같지만 결합 상태가 거울을 보는 형태로 서로 좌우대칭이다. 이러한 좌우대칭결정(enanfiomorphs)은 대부분이 그 상에 따라 좌선성과 우선성의 광활성적이다.2. 광활 성을 갖는 다른 물질들은 무엇이 있는가?-> 졸-젤 법에 의해 합성된 이산화 티탄 필름과 솔라텍에서 개발한 광 촉매 코팅 액 등이 있다.♤ 토의이번 실험은 셋팅 과정이 말러스 법칙 실험과 동일하여 그 실험이 끝나고 바로 진행되었다. 설탕물통 고정대만 추가로 설치하면 되었다. 설탕 물통 고정 대안에 100ml의 물과 설탕 10g을 넣고 편광 판과 검광 판 사이에 그것을 끼워 넣어야 한다. 그러고 나서 빛을 쏘아주면 설탕의 분자 구조가 꼬부라져 있기 때문에 그 빛의 편광 면이 회전하게 된다. 따라서 편광 면의 회전각이 이동하게 되는 것이다. 설탕의 농도가 커지면 회전각도 비례해서 커지게 되는 것을 확인할 수 있었다.설탕 물통에 물을 모두 채우는 과정은 그리 쉽진 않았다. 물이 들어가는 구멍이 작았기에 그 물통을 적절한 각도로 비스듬히 뉘여서 물을 따라 주어야 했다. 그리고 우여 곡절 끝에 설탕까지 녹여서 빛을 쏘아 주어 보니 처음에 설탕 물통이 없을 때와 비교했을 때 오른쪽으로 평행 이동한 그래프가 나왔다. 신기하긴 했는데 이런 현상이 어디에 이용될 수 있을까?광 촉매의 광활성도가 클수록 광 촉매가 코팅된 표면이 초 친수성 및 유기물을 분해하는 성능이 크다는 것을 자료조사결과 알 수 있었다. 따라서 광 촉매 사업은 삼성경제연구소에서 21세기 10대 유망사업으로 선정한 나노 기술(NT)분야의 하나라고 한다. 자세히 말하면 광 촉매는 빛을 받았을 때, 산화. 환원 반응이 자체적으로 일어나면서 유기물질이 분해되고 공기나 물에 포함된 각종 오염 물질이 인체에 무해한 물질로 변환된다고 한다. 그리고 한국은 세계 유수의 나라와 비교하여 그 분야에 관한 월등한 기술력을 지니고 있다고 한다. 실험할 때는 별 생각이 없었는데 막상 이번 실험 내용이 한국의 국가 경쟁력과도 연관이 된다고 하니 신기하기만 했다. 이렇게 기초적인 것부터 차근차근 해 나가서 한국 기술 발전에 공헌하고 싶다고 생각했다.♤ 참고 자료 HYPERLINK "http://hskim.gsnu.ac.kr/" http://hskim.gsnu.ac.kr/ HYPERLINK "http://phload2.postech.ac.kr/" http://phload2.postech.ac.kr/ HYPERLINK "http://mercury.chonnam.ac.kr/%7Eeva0802/%B1%E2%C1%D6%B0%F8%B8%ED%BD%C7%C7%E8.hwp" t "_blank" http://mercury.chonnam.ac.kr/~ HYPERLINK "http://www.jhsc.co.kr/school/middle/physical/main.html" t "_blank" http://www.jhsc.co.kr/school/middle/physical/main.htmlPhysics of Physics(일반 물리학 책)지식 in 네이버 HYPERLINK "javascript:user_detail('jhim0618')" HYPERLINK "javascript://" phy34500 씨 글지식 in 네이버 kdehdgo 씨 글지식 in 네이버 HYPERLINK "javascript:user_detail('daveek')" HYPERLINK "javascript://" zzang999100 씨 글지식 in 네이버 HYPERLINK "javascript:user_detail('daveek')" HYPERLINK "javascript://" azca0205 씨 글PAGE PAGE 3

공학/기술| 2005.07.26| 6페이지| 1,000원| 조회(2,096)

일반물리, 편광, 빛의 편광, 회전능, 광활성

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[물리실험] 관의 공명 측정 장치

♤ 실험 제목: 관의 공명 측정 장치♤ 실험 목적: 주파수 발진으로 발생한 음파를 통해서 관속 음파의 공명 조건과 음파의 속도를 측정한다.♤ 실험 이론: 공명현상을 설명할 때 가장 예를 많이 드는 것이 바로 그네이다. 그네를 타고 있을 때 바로 그네가 정점에 도달했다가 다시 내려가는 순간 미는 것이 가장 잘 올라간다. 여기서 내려가는 순간 미는 것, 이것이 공명현상에서 제일 중요한 W, 즉 고유 진동수이다. 즉 앞뒤로 왔다 갔다 하는 주기를 말하는 것으로 그네가 가진 W 와 뒤에 사람이 미는 빈도, 진동 수, 즉 W가 일치 할 때 그네가 높게 올라가는 것입니다. 즉 파동의 간섭현상인 골과 골, 마루와 마루가 서로 만나면 보강간섭을 일으키는 것과 같은 것이다. 즉, 공명현상은 파동의 간섭현상의 일종이다. 공명현상이 일어날 때 파형은 정상 파가 된다.정상 파는 관의 끝에서 반사되어 오는 음파와 원래의 음파가 간섭하여 만들어진다. 정상 파는 배와 마디를 가지고 있다. 배는 정상 파에서 진폭이 원래의 두 배가 되어 시간에 대해 진동하는 부분이며, 마디는 진동이 없이 고정되어 있는 부분이다.관 속에서 음파는 양쪽 끝을 오가며 여러 번 반사를 일으킨다. 이러한 여러 번의 반사가 있는 동안 서로 음파들이 중첩되어 일반적으로는 작은 진폭을 보일 것이다. 하지만 모든 반사파가 같은 위상을 가지고 있을 때에는 최대 진폭을 갖게 된다. 이때의 주파수를 공명 주파수라고 한다. 관의 한 쪽이 열려있다면 관의 열린 끝 부분에서 공기의 밀 함과 소 함이 자유롭게 번갈아 일어날 수 있으므로 배가 형성되고 닫힌 쪽은 공기의 밀 함과 소 함이 일어날 수 없으므로 마디가 형성되어야 한다.이 실험에서는 관의 한 쪽 끝은 막혀있고 나머지 끝은 스피커로 막았지만 이 부분에서 가장 큰 진동이 있도록 한 셈이므로 근사적으로 배가 형성되어야 한다. (만약 양쪽 끝이 막힌 금속관을 막대로 쳐 공명조건을 얻는다면 양 끝은 마디가 형성되고 한 쪽이 닫힌 유리관 위에서 막대 굽쇠로 소리를 낸다면 그 끝은 배가 때L = , , , …,(n = 1, 2, 3, … ),f = V/λ = (2n-1)V/(4L).♤ 실험 기구-> 공명관 1개, 받침대 1개, 소형 마이크 1개, 스피커 1개전선 2개, Voltage sensor 1개, 반사판 1개, 마이크 대 1개♤ 실험 절차: 인터페이스에 Voltage Sensor와 소형마이크를 연결하고, 인터페이스의 Output과 스피커를 전선으로 연결한다.실험1. 공명 진동수 찾기반사판을 50cm에 위치시킨다. (혹은 원하는 위치)발진기의 진동수를 150Hz부터 시작하여 Sine wave의 진동수를 (10Hz 혹은 1Hz)올리면서 Scope에 나타난 출력파형을 관측하자. 음파가 공명되어 출력 파형의 크기가 최대일 때 발진기의 주파수를 읽고 기록하자. 이때의 주파수가 공명 주파수이다.다시 발진기의 주파수를 증가시키면서 공명 주파수를 찾자.추가 : 반사판의 위치를 변화시켜 가면서 과정 2) 3)을 반복한다.실험 결과는 이렇게 도출한다.음파의 속도는 매질의 종류에 따라 다르게 나타나는데, 공기 중에서 음파의 속도 V와 온도와의 관계는 다음 식을 만족한다.V = 331.5 m/s + 0.607 T (T; 섭씨온도)에 측정공명진동수를 기록하고 위의 식을 사용하여 이에 대응되는 이론공명진동수를 계산하여 적자. 이때 이론공명진동수는 다음과 같다.f0 = V/λ = (2n-1)V/(4L).여기에서 L은 스피커에서부터 반사판까지의 거리이고 n은 양의 정수이다.오차를 계산하고 원인을 생각해보자.실험2. 정상파 측정을 통한 음속 결정반사판의 초기 위치를 10cm 인 곳에 위치시키자.음파의 주파수를 2000Hz로 조절하여 음파를 공명 관 안에 보내자. 이때 Signal Generator의 Amplitude를 작게 하여 소리가 너무 크지 않게 하도록 한다.Scope를 통해 출력 파형을 잘 볼 수 있도록 하자.마이크로부터 반사 판의 거리를 서서히 떨어뜨려 가면서 Scope의 출력 파형의 크기가 최대인 위치와 최소인 위치를 모두 찾아서 기록하자.음파의 주파수를 게 도출한다.출력파형이 최대인 L 값들과 최소인 L값들로부터 각각 음속을 구해보자.얼핏 생각하면 각각의 경우 파장을 결정하여 그 평균으로부터 음속을 구할 수 있지만 그보다는 최소자승법에 근거한 fitting으로 결정하는 쪽이 더 좋다.위의 식을 조금 바꾸어 쓰면L · f0 = V (2n-1)/4이 되어 (4L · f0) 대 (2n-1)/4의 그림을 그리면 그 기울기가 곧 음속이다.프로그램을 사용하여 fitting을 할 수 있고, λ = V/f 이므로 파장도 결정할 수 있다.양 쪽에서 구한 음속은 일치하는가를 살펴보자.[참고; 열린 관의 경우 실험적으로는 관의 끝에 정확히 마디나 배가 만들어 지지 않는다. 그것은 관의 끝부분에서 음파의 행동이 주파수와 관의 직경과 관계가 있기 때문이다. 이론적으로 음파는 평면파라고 가정하지만 관의 끝에서는 그렇지 못할 수 있기 때문에 관의 길이 L 대신 (L + α d)를 써서 끝 보정을 해주어야 할 필요가 있을 수 있다. 끝 보정 factor α는 보통 0.2~0.8정도이며 실험에서 관의 반경 d는 39mm이다. 식에서 간단히 알 수 있듯이 L이 d의 10배 정도이면 이 보정은 무시해도 될 정도이지만 관의 길이가 짧아지면 어느 정도 고려해야만 한다.]♤ 실험 그래프1> 실험 2 – 전압이 최대로 형성 될 때반사 판의 위치가 44.6cm일 때 배를 형성하여 전압이 최대가 된다.실험 2 – 전압이 최소로 형성 될 때반사 판의 위치가 48.8cm일 때 마디를 형성하여 전압이 최소가 된다.♤ 질문1) 우리 주변에서 이와 같은 공명현상이 일어나는 예가 어떤 것이 있는가?-> 라디오 주파수를 맞추거나 TV의 채널을 바꾸는 것도 공명의 원리에 해당된다. 채널을 맞춘다는 것은 텔레비전 내부의 회로 진동 수를 방송국의 전파 진동수와 일치시키는 일종의 공명이다. 그리고 한 테너 가수는 포도주 잔에서 발생한 음과 동일한 음을 자신의 목소리로 내어서 포도주 잔을 산산조각 부숴버렸다.2) 2가지 파의 중첩되는 여러 가지 상황을 설명해 보아라.-> 관그 때 모든 반사파가 같은 위상을 가지고 있을 때 최대의 진폭을 갖게 되고 이 때의 주파수를 공명 주파수라고 한다.3) 음속이 변화게 되는 요인들은 어떤 것이 있으면 그 이유는 무엇이라 생각하는가?-> 음속은 {v= L*fo}/{(2n-1)/4} 로 나타낼 수 있다. 반사 판의 거리나 진동 수 등이 그것을 변하게 만드는 요인이 된다. 그리고 음속이 변하려면 진행하는 음을 방해하는 음을 내 주면 되지 않을 까 하고 생각한다.♤ 토의얘야, 채널 MBC로 돌려봐. 별 생각 없이 리모 콘을 누르고 이제 채널이 바뀐다. 그런데 채널은 어떤 원리로 바뀌는 거지? 외국의 어떤 가수가 특정한 주파 수의 음성을 내어 유리창을 깼다는 것을 들어본 적이 있을 것이다. 그런데 그 사실을 들어 봤어도 그 사실에 담긴 원리를 이해한 사람은 드물다. 이제 그것과 유사한 원리를 이용하는 실험을 한다고? 흥미로운 걸.음파가 닫힌 관을 오가며 진폭이 원래의 두 배가 되는 ‘배’를 만들고, 진동이 없이 고정되는 ‘마디’를 만든다. 그런데 파동의 간섭 현상으로 배가 형성될 때 가장 큰 음을 내는 소리가 난다고 한다. 그 때의 주파수를 측정하여 파장을 알아내고 더불어서 음파의 속도를 알아내보자. 그것이 이번 실험의 취지이다. 실험 도중 사방에서 ‘웅웅’대는 소리에 홀렸다. 우리 조의 공명관에서도 소리가 났는데 미처 인식하지 못하고 계속 주파수를 바꿔주며 배와 마디를 찾았다.첫 번째 실험에서 공명 진동수를 측정할 때 이미 진동수가180 Hz를 넘긴 상태에서 그나마 높은 전압의 소리를 내는 점(진동수)을 찾아 주려 하다 보니까, 이론 값을 훌쩍 뛰어넘는 실험값이 나왔다. 둘 째 실험은 과정은 간단하지만 결과값을 얻는 과정이 어려웠다. 일단 음속은 파장 * 진동수임을 이용해야 한다. 그리고 최대 또는 최소 음을 내는 반사 판의 위치로부터 추론하여 얻는 파장과 그 때의 진동수를 측정하여서 구해야 한다. 그리고 두 번째 방법으로 v={ L*fo}/{(2n-1)/4} 임을 이용하여 x축을 분모 y축을 분자로를 이용하며 공대생임을 자각하기도 했다.파동은 관 속에서 매우 규칙적으로 배열되고 일정 지점에서만 소리를 낸다. 파장의 1/4, 3/4, 5/4 등 지점, 즉 배를 형성하는 지점에서만 소리를 낸다. 그것을 이용해 소리의 속도도 구할 수 있다. 파동은 사람의 눈에 보이지 않는다. 하지만 사람의 귀는 소리를 들을 수 있다.물리학의 매력이랄까? 보이지 않는 것(파동)을 통해서 실제로 존재감을 느낄 수 있는 것(소리)를 찾고 그것을 이용해서 또 보이지 않는 것(소리의 속도)를 규명해 내는 작업. 또 이를 이용해서 같은 주파수로 TV의 채널을 맞추고 한다? 이번 실험을 통해서 얻은 교훈- 평소에 생각한 물리학에 대한 외경심이 더 늘어났다고 할까나?♤ 참고 자료 HYPERLINK "http://hskim.gsnu.ac.kr/" http://hskim.gsnu.ac.kr/ HYPERLINK "http://phload2.postech.ac.kr/" http://phload2.postech.ac.kr/ HYPERLINK "http://mercury.chonnam.ac.kr/%7Eeva0802/%B1%E2%C1%D6%B0%F8%B8%ED%BD%C7%C7%E8.hwp" t "_blank" http://mercury.chonnam.ac.kr/~ HYPERLINK "http://www.jhsc.co.kr/school/middle/physical/main.html" t "_blank" http://www.jhsc.co.kr/school/middle/physical/main.html지식 in 네이버 HYPERLINK "javascript:user_detail('jhim0618')" HYPERLINK "javascript://" phy34500 씨 글지식 in 네이버 kdehdgo 씨 글지식 in 네이버 HYPERLINK "javascript:user_detail('daveek')" HYPERLINK "javascript://" zzang999100 씨 글지식 in 네이버 HYPERLGE 9

공학/기술| 2005.07.26| 9페이지| 1,000원| 조회(2,547)

공명, 일반물리, 관의 공명, 공명 장치, 관의 공명 장치 측정

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[일반물리실험] 솔레노이드의 자기장 평가A+최고예요

♤ 실험 제목: 솔레노이드(Solenoid)의 자기장♤ 실험 목적: 전류가 흐르는 Solenoid 안의 자기장 값을 측정하여 공기의 투자율 값 (µo)을 직접 구해본다.♤ 실험 이론:매우 긴 solenoid 안의 자기장은 다음과 같이 자기장과 전류가 선형의 관계를 가지는 근사식으로 주어진다 (일반물리학 교재 참조).B = μ0 n I여기서 µo은 진공중의 투자율이며 값은 4π x 10-7 (Tesla · m/A) 이고 I 는 전류이며 n 은 solenoid의 단위 길이 당 전선의 감은 횟수이다. n의 단위는 1m 당 전선을 감은 횟수로 한다. 위의 근사식은 코일의 반지름과 코일 안의 위치에 상관없이 만족하지만 막상Solenoid의 길이가 단면의 반경에 비해 꽤 클 때만 정확하게 성립하는 것을 이번 실험으로 알 수 있다.Solenoid의 자기장은 Solenoid를 이루는 각각의 고리가 만드는 자기장의 벡터 합이다. 도선에서 아주 가까운 곳에서 볼 때 도선은 긴 직선처럼 보이며 자기력 선은 각 도선을 중심으로 동심원을 이룬다. 인접한 두 도선 사이의 영역에서는 자기장이 서로 상쇄된다. 그리고 도선으로부터 먼 내부영역은 자기장이 Solenoid 중심축에 거의 평행하다. 사각형 도선들로 촘촘히 감긴 매우 긴 Solenoid를 이상적인 Solenoid라 하는데 그 내부에서 자기장은 균일하며 방향은 Solenoid의 축과 평행하다. 실제 Solenoid에서도 양 끝에 너무 가깝지 않은 내부 영역에선 B = μ0 n I 식이 잘 적용되는데 지름이나 길이에 독립적이고 Solenoid의 단면에 걸쳐 균일하게 내부 자기장이 측정된다.♤ 실험 기구:자기장 센서 1개, Meter stick 1개, Solenoid 각기 저항과 전선의 감은 횟수가 다른 것 3개, Patch cord 2개♤ 실험 절차:1. ScienceWorkshop 의 접속 장치를 컴퓨터에 연결하고, 접속 장치와 컴퓨터를 켠다.2. 자기장 센서의 DIN 플러그를 접속 장치의 Analog Channel A에 연결하자.3. Patch cord 2개를 이용하여 접속장치와 solenoid를 연결한다.자기장 센서는 다음과 같이 자기장 세기와 정비례하는 전압을 만들어낸다.10 millvolts => 10 gauss = 1.0 × 10-3 T (Tesla)센서의 범위는 ±1000 gauss이다. [1T는 제법 큰 크기의 자기장이다.]4. 필요하다면 자기장 센서에 대한 Calibration을 해준다.5. 자기장 센서를 자기장원에서 멀리 두고 센서 박스에서 TARE 버튼을 눌러 센서를 0으로 만들자. 6. 자기장 센서 막대기를 코일 중간에 집어넣어라[앞에서 언급했듯이 이론과는 달리 실험에 사용되는 Solenoid는 반경이 그 길이에 비해 아주 작지 않으므로 실험 도중 위치가 바뀌면 원하는 결과를 얻지 못하고, 가운데가 아닌 곳은 실제 기대되는 값보다 작은 값을 측정하게 될 것이다.] (그림)7. 데이터 측정을 시작한다. Output signal은 triangle wave 나 sine wave 로 설정해주고 amplitude는 보통 1V 가 넘지 않은 선에서 적절히 조정해준다.8. solenoid 코일의 길이와 내경을 자를 이용하여 측정해둔다.♤ 실험 그래프_.♤실험결과♤ 질문1.Solenoid는 자동화 통제의 중요한 측면이다. 지금은 소형 inductor로 대부분 교체되었지만 Solenoid는 가정용 전기 제품에서 사용된다. 실생활에서 Solenoid의 응용을 알아보자.-> 선박의 순회회로와 자동차의 연료 차단 장치 등에 Solenoid 밸브가 쓰인다.2. 센서가 코일 안에 그러나 끝 가까이 있을 때와 코일 중간에 있을 때의 기록은 다른가?-> 앞에서 언급한 바와 같이 B = μ0 n I 공식은 Solenoid의 길이가 반경에 비해 꽤 크고, 코일의 가운데에서 자기장 값을 측정했을 대에 성립한다. 따라서 코일의 끝 부분(P2)은 자기장이 분산되므로 P1보다 자기장의 값이 감소하게 된다.3. 이론적 수치와 축의 값을 비율 차로 비교하라. 이러한 비율 차를 설명할 수 있는 요인은 무엇인가?-> 오차는 비율차인 27.07%이다. 이론적 수치는 4π x 10-7 (Tesla · m/A)인데 실제 측정값은 9.165 x 10-7 (Tesla · m/A)가 나왔다. Solenoid의 끝부분이 아닌 가운데 부분에 자기장 센서를 놔서 자기장 분산을 막고 반경에 비해 길이가 긴 Solenoid를 사용하면 그 비율을 줄일 수 있다.♤ 토의-> 투자율(µo )을 비교해보는 이번 실험에서 과연 오차가 나올만한 요인이 있을까 궁금했다. 그런데 Datastudio Program에 익숙지 않아서 기계 조작하는 데 어려움을 겪으면서 이것으로 인해 오차가 나지 않을까 하고 생각 했다. 그래프의 기울기(m= B/I)를 구할 때 전압을 1V로 하고 결과를 얻고자 했으나 이상한 파동을 지닌 그래프가 나와버렸다. 조교선생님께서 자기장/전류의 값을 구하려면 전류의 값을 꽤 낮추어 주어야만 한다는 지적을 해주셨다. 그것을 간과하고 Solenoid가 놓인 위치나 Datastudio의 연결 상태 등에서 오류를 찾으려고만 했으니 미련했다. 그 후에는 그 기울기 값이 음수(-)가 나오는 기이한 일이 벌어졌다. 이를 보고 놀랐으나 그것은 자기장 센서 막대기를 Solenoid 안에 반대 방향으로 넣었기 때문인 걸 알게 되었다.-> 우여 곡절 끝에 진공 중의 투자율 실험값을 구할 수 있었다 단순히 Solenoid의 자기장과 전류가 가지는 선형의 근사식인 B = μ0 n I 의 수식형태가 매우 간단하다고 생각했으나 그런 식을 이용하려면 무수히 많은 제한 조건을 걸어주어야 함을 알게 되었다.-> 한편 실험 값의 평균 9.165 x 10-7 (Tesla · m/A) 와 실제 값 4π x 10-7 (Tesla · m/A) 이 약간 차이가 났는데 그 차이는 자기장 센서를 Solenoid 안의 끝 부분에 놔서 발생한 것 같다. 실험 이론을 적을 때도 그렸지만 아래 그림과 같은 Solenoid에서 끝 부분 점 A는 자기장이 분산되어 m=B/I에서 B값이 작게 측정된다.반면 가운데 부분 B는 자기장이 운집해 있는 곳이므로 Solenoid의 길이와 반경의 차와는 독립적으로 정상적인 B값이 측정된다. 만약 Solenoid의 가운데에서 자기장 센서로 자기장을 측정해 그 m=B/I값을 구했다면 이번 실험에서 구한 것보다 실험 투자율 값이 더 커져서 실제 값에 더 근접했을 것이다. Solenoid 반경에 비해 길이가 이번에 실험했던 7.8cm보다 훨씬 긴 것을 사용한다면 위 공식에 따라서 더욱 더 실제 값에 가까운 값을 얻을 수 있었을 것이다.♤ 참고 자료 HYPERLINK "http://www.infodaehan.com/moosunmoon/sanuppil/0109.hwphskim.gsnu.ac.kr/" http://www.infodaehan.com/moosunmoon/sanuppil/0109.hwp HYPERLINK "http://www.cnsvalve.com" http://www.cnsvalve.com HYPERLINK "http://www.solenoid.or.kr" http://www.solenoid.or.krhttp://blog.naver.com/icwj2010.do동아 대 백과 사전 Solenoid 관련 부분Fundamentals of physics(일반 물리학 책)지식 in 네이버 monorete씨 글지식 in 네이버 phy34500 씨 글1) 코일의 길이코일1: 코일2: 코일 3:▪ 코일의 감긴 횟수코일1: 코일2: 코일 3:▪ 단위길이당 감긴 횟수 (n)_코일1: 코일2: 코일 3:2) µo = 4π x 10-7 T · m/A▪ 계산된 투자율코일1: 코일2: 코일 3:▪ 평균값 :▪ 오차 :PAGE PAGE 8

공학/기술| 2005.07.26| 9페이지| 1,000원| 조회(5,532)

자기장, 일반물리, 솔레노이드, Solenoid, 투자율

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