본문내용
1. 실험 개요
1.1. 실험 목적
이 실험의 목적은 단일 슬릿의 회절무늬와 이중 슬릿의 간섭무늬를 관찰하여 빛의 파동성을 이해하는 것이다.
광학 현상인 회절과 간섭은 빛의 파동성을 잘 드러내는 대표적인 현상이다. 단일 슬릿을 통과하는 빛은 회절 현상에 의해 간섭 무늬를 만들고, 이중 슬릿을 통과하는 빛은 회절과 간섭이 함께 일어나 간섭 무늬를 만든다. 이러한 회절과 간섭 현상을 관찰하고 측정하면 빛의 파동성을 이해할 수 있다.
따라서 이 실험의 목적은 단일 슬릿과 이중 슬릿을 통과하는 빛의 회절과 간섭 현상을 관찰하고 측정하여 빛의 파동성을 이해하는 것이다.
1.2. 실험 개요
실험 개요는 해당 실험의 전반적인 내용을 요약한 부분이다. 이번 실험에서는 단일 슬릿과 이중 슬릿을 통한 빛의 간섭 및 회절 현상을 관찰하고자 한다. 단일 슬릿 실험에서는 회절 무늬를 관찰하고, 이중 슬릿 실험에서는 간섭 무늬를 관찰하여 슬릿의 폭과 슬릿들 사이의 간격을 측정할 수 있다. 또한 이를 통해 빛의 파동성을 이해하고자 한다.""
2. 이론적 배경
2.1. 전자기파
우리가 색을 인지할 수 있게 해주는 가시광선은 전자기 복사선의 한 종류이다. 또한 전자기 복사선은 복사에너지라고도 알려져 있는데, 그 이유는 전자기 복사선이 공간을 통해 에너지를 전달하기 때문이다. 전자기 복사선은 가시광선 외에도 여러가지의 종류가 존재한다. 라디오파, 마이크로파, 적외선, 자외선 등이 그 예에 해당하며 자외선 쪽으로 갈수록 파장이 짧아진다. 전자기 복사는 전자기파라고도 한다.
전기가 흐를 때 그 주변에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데 이를 전자기장이라고 하며 여기서 생기는 파동을 전자기파라고 한다. 그렇기에 전자기 복사는 물을 통하여 이동하는 파동과 비슷한 특성을 갖는다. 파동과 같은 주기성을 보이는데, 이때 파동의 이웃하는 두 마루 사이의 간격을 파장 (wave length) 라고 한다. 일정한 점을 통과하는 파장의 개수 또는 주기를 1초의 시간으로 계산한 파동의 수를 파동의 진동수(f) 라고 하며 진동수는 주기의 역수(f=1/t)로도 표현이 가능하고 hz의 단위를 갖는다. 전자기 복사선에서 이러한 파동의 특성은 앞서 언급한것처럼 전기장과 자기장의 세기의 의한 주기적인 진동으로 인해 나타난다. 전자기 복사선에서 진동수와 파장은 반비례 관계를 갖는다.
2.2. 빛의 입자성
빛의 입자성은 1900년대 초반 아인슈타인의 연구를 통해 밝혀졌다. 아인슈타인은 전자기파(빛을 포함하는)가 특정 에너지 준위를 갖도록 양자화 돼있고, 광자의 형태로 존재한다는 견해를 제시하였다.
아인슈타인에 따르면, 특정 진동수 f를 갖는 광자가 존재할 때 이는 E=hf라는 에너지 값을 가진다. 여기서 h는 플랑크 상수이다. 이는 곧 광자의 에너지가 양자화 돼있음을 의미한다.
즉, 진동수(f)가 존재하는 빛을 원자가 흡수하게 된다면 빛의 광자 에너지 hf가 원자에서 빛으로 이동하게 되며, 이 때 원자는 광자를 방출하게 된다. 이처럼 한 번에 많은 광자들이 방출될 순 있지만, 광자가 양자화 돼있기에 각각의 광자의 방출과 흡수는 광자 하나의 최소 에너지의 정수배만큼만 이동 가능하다.
이러한 원리를 이용하여 금속 표면에 빛을 쏘이면 표면에서 광자가 방출되는 광전효과를 관찰할 수 있다. 광전효과는 K = hf - W로 표현되며, K는 방출된 전자들 중 가장 높은 에너지를 갖는 전자의 운동에너지, W는 전자가 표면으로 방출되기 위한 일함수를 의미한다. 따라서 아무리 쏘이는 빛의 세기를 키우더라도 K의 값은 변하지 않는다.
이처럼 아인슈타인의 연구를 통해 빛의 입자성이 밝혀짐에 따라, 빛은 더 이상 순수한 파동이 아닌 광자라는 입자의 형태로도 존재한다는 것이 밝혀졌다.
2.3. 회절과 간섭
회절과 간섭은 파동의 대표적인 현상이다. 회절은 파동이 장애물을 만났을 때 그 장애물을 에워 돌아가는 현상이며, 간섭은 두 개 이상의 파동이...
