[물리화학실험]Time-resolved Thermal Lens Calorimetry with a He-Ne laser

소개글

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목차

1. 실험 목적
2. 실험 이론 및 원리
3. 실험 기구 및 시약
4. 실험 방법
5. 실험 결과
6. 토의 사항
7. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적
가. 광 시스템(optical system)의 구성과 작용에 대한 일반적인 내용을 이해하고, 열적 렌즈 효과(thermal lens effect)를 관찰하여 물질의 광학적 성질을 어떻게 열용량 등 열역학적 성질이나 다른 물질적 성질(흡광계수 등)의 측정에 이용할 수 있는지를 알아본다.

2. 실험 이론 및 원리
가. Oscilloscope
분광학은 화학 분석, 분자의 구조 규명, 분자동역학 등 아주 다양한 영역의 화학 연구에서 활용되고 있다. 레이저를 광원으로 사용하는 레이저 분광학은 레이저가 갖는 단파장, 직진성, 강한 세기로 종전의 램프로는 가능하지 않은 분광학의 영역에 이용되고 있다.
분광시스템은 일반적으로 광원(source), 단색광장치(monochrometer), 광 검출기(photo detector), 디스플레이로 구성되어 있다. 짧은 시간에 변하는 광 signal을 추적하는 것은 특별한 디스플레이 장치가 필요한데, Oscilloscope가 이 목적으로 오랫동안 이용되어왔다.
이 장치는 시간에 따른 압력전압의 변화를 화면에 출력해준다. 전기진동이나 펄스처럼 시간적 변화가 빠른 신호를 관측하는데 보통 브라운관에 녹색 점으로 영상을 나타내며, 브라운관의 수직축은 신호의 크기, 수평축은 시간을 나타낸다.

나. Thermal lens effect
빛은 굴절율(n)이 다른 매체를 통과할 때 굴절된다. 또 흡수된 빛은 형광이나 열 에너지로 방출된다. 형광 양자수율이 1이 아닌 염료가 포함된 용액에 그 염료가 흡수하는 빛을 통과시키면 흡수된 빛은 열에너지로 방출되고 용액의 온도가 상승한다. 일반적으로 유체의 굴절율은 온도가 높을수록 작아진다. 또한, 매체에서 온도의 차이가 있으면 열은 온도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 이 열 흐름 정도는 온도 차와 물질의 열전도도(thermal conductivity)에 의존한다.
빛을 흡수하는 염료가 포함된 용액의 한 점에 빛을 쪼이면, 빛을 받은 부분의 온도가 상승하고, 열의 흐름에 의해 다른 부위의 온도가 올라간다. 따라서 빛을 받은 부분에서 온도의 기울기가 만들어지고 이에 따라 굴절율의 기울기가 만들어진다.

참고 자료

Peter Atkins, Physical Chemistry; Oxford, 9th edition, 2010, Fundamentals