'포항공대' 물리실험 - 빛의 이중성에 대한 파동적 증거: 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각 측정

소개글

<포항공대 물리학과 물리실험 과목 레포트>
빛은 파동인가 입자인가, 빛의 이중성은 과학자들을 흥분하게 한 주제입니다. 이 실험에서는 빛의 파동성을 지지하는 증거를 측정합니다. 파동으로서 빛이 갖는 말루스 법칙(Malus' Law), 프레넬 공식(Fresnel Equation), 브루스터 각(Brewster Angle)을 직접 알아봅니다.
초록-도입-이론-실험방법-결과 및 분석-결론 순서이며, 실제 실험한 데이터와 직접 그린 그림(실험 모식도), 그래프가 포함되어 있습니다.
워드로 작성되어 있어 본문 글, 그림, 수식, 그래프의 복사 붙여넣기가 쉽습니다!

아래와 같은 학생에게 도움이 될 것입니다.
1. 해당 과목을 수강하여 참고할 보고서가 필요한 물리학과, 화학과 학생
2. 일반물리 실험 보고서 작성 요령이 어려운 공대 학생
3. 양자역학, 빛의 이중성 등 과학에 관심이 많은 고등학생

목차

I. 도입 (Introduction)
II. 이론 (Theory)
III. 실험방법 (Experiment)
IV. 결과 및 분석 (Result & Analysis)
V. 결론 (Conclusion)

본문내용

본 실험에서는 빛이 서로 다른 매질에 입사였을 대 보이는 성질을 실험적으로 관측하였다.먼저 편광자를 통과시킨 빛의 세기 변화를 통해 말루스 법칙을 확인하였고, 이 빛이 선형편광 되었음을 증명하였다.다음으로 P-polarized, S-polarized 빛의 반사광을 측정하여 반사계수를 알아내고 이것이 프레넬 방정식을 만족시킴을 보였다.또한 브루스터 각을 두가지 방법으로 측정하였다.첫 번째로는 스넬 법칙을 이용,매질의 굴절율을 알아내어 브루스터 각을 추정하였고,두 번째로 P-polarized 빛이 세기가 최소가 되는 각도를 직접 찾아내어 브루스터 각을 확인하였다.측정한 브루스터 각은 59.53°와 58.42°로 오차 1.86% 이내였다.파동으로서 빛이 만족해야하는 말루스 법칙,프레넬 방정식,스넬법칙,브루스터 각을 확인하여 빛의 파동성을 입증할 수 있었다.

Introduction
빛의 본질이 입자냐 파동이냐에 대한 논쟁은 17세기 이후 400년동안 물리학자들의 연구대상이었다.뉴턴의 지지를 얻은 입자설이 한동안 파동설을 압도하였다.하지만 실험적,이론적 증거들이 빛의 파동성을 꾸준히 뒷받침해주었는데,대표적인 증거들로 영의 이중슬릿 실험,말루스 법칙,프레넬 공식,브루스터 각이있다.그러던 19세기 말 맥스웰이 전기장과 자기장을 통합하면서 빛이 전자기파임을 증명하면서 오랜 논쟁은 잠시 멈추게 된다 .
프레넬 공식과 브루스터 각은 서로 다른 매질의 경계면에서 일어나는 빛의 반사과 투과에 대한 이론으로 브루스터 각은 편광된 빛을 만들기 위해 널리 쓰이는 방법 중 하나이다.본 실험에서는 맥스웰 이전에 빛의 파동성을 보여주었던 이론 말루스 법칙,프레넬 공식,브루스터 각을 실험적으로 확인해본다.

Theory
태양광과 같은 편광되지 않은 임의의 빛은, 빛의 진행방향에 수직인 모든 방향으로 전기장이 진동하며 진행한다.편광자(polarizer)는 편광되지 않은 빛을 특정방향으로 선형편광시키는 역할을 한다.

참고 자료

Concepts of MODERN PHYSICS, Arthur Beiser, McGraw Hill, 6th edition, p.132~135.
Introduction to Electrodynamics, David J. Griffiths, 4th edition, PEARSON, pp 352~356.