회절격자분광기 스펙트럼 실험 예비 및 결과보고서

소개

물리학 실험을 했던 내용입니다.

목차

1) 실험목적
2) 이론
3) 실험장치
4) 실험방법
5) 실험결과 및 고찰
6) 오차분석
7) 결론 및 토의

본문내용

실험 예비 보고서
- 회절격자분광기에 의한 스펙트럼 측정 -


1) 실험목적

회절격자분광기를 이용하여 여러 가지 기체방전관의 선스펙트럼을 관찰하고 각각의 스펙트럼선의 파장을 알아보자.


2) 이론

가시 광선은 300-700nm의 파장을 갖고 있는데, 그 파장에 따라 우리는 색깔이 다른 것으로 받아들인다. 태양광이나 백열 전구의 등은 여러 종류의 파장의 빛이 연속적으로 섞여 백색광인 경우가 있는 반면 레이저나 네온등처럼 몇 개의 불연속적인 파장이 섞여 단일 파장(단일색)의 경우도 있는데, 빛의 파장을(스펙트럼) 분석하는 방법에는 초보적인 방법인 프리즘을 이용하는 방법이 있는데, 유리의 굴절율은 빛의 파장에 따라 다르기 때문에 굴절된 빛은 색깔 별로 분리되지만 빛의 파장을 분석하기 쉽지 않기 때문에 간단하게 빛의 파장을 구하기 위해서 회절격자를 이용하는데 이는 빛의 간섭현상을 이용한 것이다.


⑴ 용어


※ 회절격자

→ 회절격자는 평면유리나 오목한 금속판에 다수의 평행선을 등간격으로 새긴 것으로 이것에다 빛을 비추면 투과 또는 반사된 빛이 파장 별로 나뉘어서 스펙트럼을 얻을 수 있다. 이 회절격자(평면유리로 만들어진)에 평행으로 입사한 빛들은 금이 그어진 곳에서는 흡수가 되거나 산란하여 버리고 금이 그어지지 않은 좁은 틈으로 들어오는 빛은 통과한다.
그러나 통과한 빛은 그대로 직진하지 않고 호이겐스 원리에 의하여 회절되어 원기둥 형태로 퍼져나간다. 이때 이웃하는 틈으로 통과한 빛과의 광로 차이가 파장의 정수배가 되는 조건이라면 서로 보강간섭이 일어나서 빛이 강해지고, 광로차이가 파장의 정수배가 아닐 때에는 소멸하여 버린다.

따라서 보강간섭이 일어나는 조건이 성립하는 어떤 특정한 방향으로만 빛이 밝게 비추어지고 그 조건은 빛의 파장에 따라 달라지기 때문에 여러 파장의 빛이 섞여 있을 때에는 프리즘에서처럼 파장 별로 분리가 되는 것이다.


※ 격자분광기

→ 격자분광기는 회절격자를 사용한 분광기로서, 서로 접근한 파장의 빛을 분리하는 성능이 크고, 또 유리에 의한 흡수가 없기 때문에 적외선이나 자외선의 분광에 적합하다. 평면격자·오목면격자·계단격자(階段格子) 등이 사용된다. 특히 적외선의 분광에는 거의 평면격자가 사용되며, 적외선은 그 자체의 에너지가 작으며 광원부터의 방출량도 적기 때문에 불필요한 손실을 피하기 위해서 특수한 홈을 갖는 에슐레트격자(echelette grating)를 쓸 경우가 많다. 또 자외선의 분광에는 오목면격자가 쓰이며, 공기에 의한 자외선의 흡수를 피하기 위해 장치 전체를 진공상태로 한 진공분광기를 사용한다.

※ 스펙트럼

→ 스펙트럼(spectrum)은 흔히 빛을 프리즘 등의 도구로 색깔에 따라 분해해서 살펴보는 것을 일컫는다. 넓은 의미로, 어떤 복합적인 신호를 가진 것을 1~2 가지 신호에 따라 분해해서 표시하는 기술을 일컫는다. 아이작 뉴턴은 빛의 성질을 밝히기 위해 다양한 스펙트럼 실험을 했으며, 그 뒤, 어떤 물질의 성질을 알아내기 위해 그 물질을 태울 때 나오는 빛의 스펙트럼을 살펴보면서 과학 연구의 한 방법으로 자리 잡기에 이르렀다. 스펙트럼에 대한 연구를 분광학이라고 하며, 현대 천문학의 방법론에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있다. (무지개도 일종의 스펙트럼이다!)


▲ 프리즘을 통과한 빛은 색깔마다 굴절률이 다르다.

참고자료

· 없음