고체의 굴절률 측정

소개글

고체의 굴절률을 측정하는 실험 레포트 입니다.

스넬의 법칙, 내부전반사와 임계각 포함

목차

1. 이론

2. 실험방법

3. 스넬의 법칙

4. 내부전반사와 임계각

본문내용

이 론
직진하는 빛이 다른 매질에 입사할 때 진행 방향이 꺾어지는 현상을 굴절이라 한다. 그리고 어떤 매질에서의 굴절은 입사각과 굴절각 사이에 일정한 규칙이 성립하는데 이를 스넬의 법칙이라 한다. 즉 sin(입사각)과 sin(굴절각)의 비율은 두 매질의 굴절률이라는 고유한 수치의 비로서 항상 일정하다는 것이다. 진공에서의 굴절률을 1로 두어 매질들의 굴절률을 정한다. 공기의 굴절률은 거의
1이기 때문에 어떤 매질의 굴절률은 공기에서 매질로 빛을 입사시켜 입사각과 굴절각을 측정하여 계산할 수 있고 이는 물질의 고유한 값이 된다. 이 굴절률은 같은 매질이라도 빛의 파장에 따라서 변하고, 일반적으로 파장이 짧을수록 굴절률은 증가한다. 같은 파장이라도 온도에 따라 그 값이 다르며, 기체에서는 압력의 영향도 받는다. 따라서 굴절률을 이야기할 때에는 이러한 조건을 명시할 필요가 있다.
빛이 굴절하는 이유에 대하여는 빛을 입자로 볼 것인가, 아니면 파동으로 볼 것인가에 따라서 역사적으로 해석을 달리하였다. 18세기 중반까지는 뉴튼의 영향으로 빛은 입자로 인식되어, 물이나 유리등에서 빛이 굴절하는 경우에 진공에서보다 물이나 유리등에서 빛이 빠르기 때문이라고 설명하였다. 더 빠른 데로 진입하는 입자는 경계면에 수직인 방향쪽으로 꺾어지게 된다. 그러나 파동의 경우에는 더 느린 데로 진입해야 물이나 유리에서 입사하는 빛처럼
굴절을 하게 된다. 1850년 프랑스의 물리학자 푸코(J.B.L.Foucault, 1819∼1868)가 물 속에서의 빛의 속도를 측정하여 발표하였다. 푸코의 실험 결과는 빛의 본성에 대한 오래된 고정관념인 빛의 입자성에 대한 우상을 깨는데 결정적인 기여를 하였다. 실제로 물 속에서의 빛의 속도는 진공에서의 빛의 속도보다 굴절률의 비 만큼 느리다는 것을 알게 되었고 이는 빛이 파동이라는 확고한 증거가 되었다.
그림 1
그림 1,매질의 경계면에 파면이 진행하는 모양. 이 그림의 경우 밑에 있는 2번 물질에서 속도가 느려지기 때문에 파면이 촘촘해지고 그래서 진행 방향은 수직선쪽으로 꺽이게 된다.
파동으로서의 빛은 그림처럼 파면(wave front)을 형성하여 그 파면에 수직인 방향으로 진행한다. 이때 파면의 일부분이 먼저 매질 속으로 들어가 속도가 느려진다면 자연스럽게 진행방향이 꺾어지게 되는 것이다.
제식 훈련이 잘된 군인들이 8렬 종대로 줄을 서서 행진하는 경우를 상상해 보자. 직선으로 행진하다가 비스듬이 꺾인 길을 만났을 때 이들 중 안쪽 모서리에 있는 군인들은 느리게 걸어야 한다. 만일에 직선으로 행진을 잘 하던 이들이 비스듬한 방향으로 얼음판에 접어들게 되었다면 그 대열은 어느 쪽으로 꺾어 지겠는가? 빛은 서로 어깨동무를 하여 곧장 앞으로 나아가는 대열과 같이
파면을 형성하여 그 파면에 수직으로 진행하는 것으로 비교할 수 있다.

참고 자료

기초물리학 -교재편찬위원회 (주)북스힐.2008

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