(A+) 광학실험 실험보고서 - 빛의속도

목차

1.실험 목적
2.실험 원리
3.실험 장비
4.실험 방법
5.측정값
6.실험 결과 및 분석
7.실험 및 검토
8.참고문헌

본문내용

1.실험 목적
공기 중과 매질 내에서 빛의 속도를 구한다.
빛이 투과하는 매질의 굴절률을 구한다.

2.실험 원리
빛의 속도와 굴절률
맥스웰 방정식에 의해, 빛의 속도는 아래와 같이 정의된다.
c_0=1/√(μ_0 ϵ_0 ),c_m=1/√(μ_s ϵ_s ) c_0
ϵ_0,μ_0은 진공에서의 유전율, 투자율이며, ϵ_s,μ_s은 매질에서의 상대 유전율, 투자율이다. 이 때, ϵ_0=8.854E-12 F/m, μ_0=4πE-7 H/m 이다.
굴절률은 해당 매질에서의 빛의 속도와 진공 중 빛의 속도의 비율로 정의된다.
따라서, 굴절률 n=c_0/c_m =√(μ_s ϵ_s )로 나타낼 수 있다.
공기 중에서 빛의 속도

<그림 1>, 공기 중에서 빛의 속도 측정 모식도.
위 <그림 1>과 같이 빛이 진행할 때, 광원에서 나오는 빛을 주파수 f를 갖도록 변조하여 방출되는 빛과 검출되는 빛의 위상차가 0에서 π까지 변하도록 하는 거울의 이동거리를 dx라 하면 빛의 진행거리 차이는 2dx와 같다. (왕복)
빛이 2dx를 이동하는 동한 위상은 π만큼 변화하므로, 2dx를 이동하는 데 걸리는 시간 dt는 1/2f로 나타낼 수 있다.
따라서, 이동 거리/이동 시간 = 속도이므로, 빛의 속도 C =2dx/(1/2f) = 4fdx로 계산이 가능하다.
매질 내 빛의 속도와 굴절률

<그림 2>, 매질 내에서 빛의 속도 측정 모식도.
위 <그림 2>에서, 상부는 광경로 상에 매질이 있으면서 방출/검출되는 빛 간의 위상차가 0인 상태로, 이 상태에서 진행하는 빛은 아래를 만족한다.

참고 자료

부산대학교 물리학과, 광학실험매뉴얼, 빛의 속도.pdf