아두이노를 이용한 저가형 분광광도계 개발 및 교육적 활용 방안 (Development of a Low-Cost Spectrophotometer Using Arduino for Educational Utilization)

서지정보

· 발행기관 : 한국물리학회
· 수록지 정보 : 새물리 / 69권 / 5호 / 559 ~ 567페이지
· 저자명 : 민경모, 유준희, 문현주

초록

고등학교 물리II 양자역학 단원은 흑체복사로 시작되나 이에 대한 학생의 이해는 부족한 편이다. 흑체복사의 파장별 빛의 세기 그래프를 측정할 수 있는 분광광도계는 일선 학교에서 구입하기에 고가여서수업에서 사용하기 어렵다. 본 연구에서는 아두이노를 이용하여 고등학생이 만들 수 있는 수준으로 저가형분광광도계 실험 장치를 개발하였다. 측정 가능 파장은 350 nm부터 980 nm 정도이고 분해능은 10 nm 수준으로 다양한 광원의 파장-빛의 세기 그래프를 얻는 데에 적합하다. 아두이노로 측정한 값은 고등학교 수준의 수학과 엑셀을 활용하여 파장별 빛의 세기 그래프로 바꿀 수 있어 학교현장에서 피지컬 컴퓨팅과양자역학 교육에 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 파장 측정값은 잘 알려진 레이저의 파장과 비교했을때 오차가 1% 이내였고, 파장별 빛의 세기 측정값을 상업용 분광광도계와 비교했을 때 약 400 nm 부터700 nm 사이의 파장에서 그래프의 유사도는 약 80% 수준에서 신뢰할 수 있었다.

영어초록

The students’ understanding of black-body radiation, which is the beginning topic in high-school physics II, is not sufficient. Also, because spectrophotometers are expensivene using that is difficult as school cannot afford then. In this study, we developed a low-cost spectrophotometer that students can fabricate using Arduino. The low-cost spectrophotometer can measure the light intensity for wavelengths ranging from 350 nm to 980 nm to a resolution of 10 nm, which makes this spectrophotometer suitable for obtaining wavelength-depended light intensities for different light sources. The measurement obtained using this low-cost spectrophotometer can be transformed into light-intensity graphs by using high school mathematics and through Excel, making physical computation and quantum study at school possible. The wavelengths measured using low-cost spectrometers are found to have a 1% error when compared with the wavelengths of well-known lasers. Finally, the graph of wavelengths between 400 nm to 700 nm measured by using the low-cost spectrophotometer was found to be similar to the graph of wavelengths measured by using existing commercial spectrophotometers, with a reliability of 80%.

참고자료

· 없음