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  • 빛의 간섭 및 회절 보고서 평가A+최고예요
    1. 실험 목적레이저(laser) 광원을 사용하여 간섭과 회절현상을 관측하고 이용된 레이저의 파장과 슬릿 간격을 측정한다.2. 실험 원리빛의 파동설은 토마스 영이 빛의 간섭효과를 발견하여 성립되었다. 간섭이란 두 개의 파동이 서로 중첩되어 어떤 공간에 에너지가 균일하게 분포되지 않고, 어느 점에서는 극대가 되고 다른 점에서는 극소가 되는 현상을 말한다. 간섭을 일으키기 위해서는 두 개의 파동이 같은 속도, 진동수, 파장 및 상대적 위상이 일정하게 유지되어야 한다.※이론간섭 원리와 특징-슬릿S _{1}과S _{2} 사이의 간격을 d, 이중 슬릿에서 스크린가지의 거리를 l, 스크린상의 O점에서 임의의 P점까지 거리를 x라 하고 중심각을theta 라 하자.-S _{1}P=QP가 되게 Q점을 잡으면 빛의 회절이 매우 작으므로theta 가 작고 ∠S _{1}QS _{2}는 거의 직각이 되고sin theta image tan theta = {x} over {l}가 된다.-두 빛의 광로차S _{1} P SIM S _{2} P=S _{2} Q=d`sin theta = {dx} over {l}가 된다.-d`sin theta = {dx} over {l} = {lambda } over {2} `(2m) ->밝다 : 보강간섭-d`sin theta = {dx} over {l} = {lambda } over {2} `(2m+1) ->어둡다 : 상쇄간섭회절 원리와 특징-슬릿의 폭 AB사이에 있는 무수한 점들은 호이겐스의 원리에 의해 동일 위상으로 구면파들을 방출한다.-슬릿 AB의 폭은 d, AB의 수직이등분선 MO와 MP가 이루는 각을theta , A에서 BP에 내린 수선의 발을 R이라 하면 길이 BR=d`sin theta 가 된다.-광로차d`sin theta = lambda 라고 가정하면 길이 MT={lambda } over {2}이므로 점 A와 M에서 출발한 구면파는 스크린상의 점 P에서 만났을 때 상쇄간섭이 되므로 어두워진다.-d`sin theta = {lambda } over {~……~)(6)이고, 이 단일 슬릿에서와 같이 다시 표현하면 격자 간격a는a~ =~m`λsqrt {({d over y_m})^2 ~ +~ 1}}}(7)이다. 이 실험에서 사용하는 회절격자의 경우 1mm당 300과 600 line이 있으므로 다음과 같다.a~=~ {1㎜} over {300} `=~3.33㎛,a~=~{1㎜}over{600}~=~1.67㎛※실험에 관련된 이론① 파동의 회절 : 파동이 진행 도중 장애물을 만나면 그 주위를 돌아서 전달되고, 좁은 틈을 통과한 파동은 원래의 진행 방향과는 다른 방향으로 넓게 퍼져 전달되는 현상을 파동의 회절 이라 한다. 우리가 창문을 닫고 있어도 창 밖의 소리를 들을 수 있으며 바다에서 육지로 밀려오는 파도가 굴이나 방파제의 문을 빠져 나올 때 굴과 수문 주위로 휘어지면서 퍼져나가는 것을 볼 수 있는 것이 이러한 파동의 회절 때문이다.? 회절의 정도를 결정하는 변수 : 슬릿의 폭 과 파장이다.? 슬릿의 폭(동일한 파장) ? 파장(동일한 슬릿의 폭) 이런 현상은 호이겐스의 원리로 설명이 가능하다. 파면이 슬릿에 도달하게 되면 슬릿 사이에서는 무수이 많은 구면파가 생성되며, 이들은 새로운 구면파를 형성하게 된다. 이와 같은 원리로 인해서 파면의 끝에서는 원형파가 발생하게 된다.② 파동의 간섭아래 그림은 서로 반대로 진행하는 파동의 중첩을 나타낸 것이다. (A) 그림과 같이 변위가 같은 방향이면 두 파동은 중첩되면 합성파의 변위가 더 커지며 (B)의 경우, 변위가 서로 반대이므로 중첩되면 두 파동은 서로 상쇄되어 합성파의 변위는 작아진다.이와 같이, 두 파동이 진행 중 중첩되어 변위가 커지거나 작아지는 현상을 파동의 간섭이라 한다. 즉, 두 개 이상의 파동이 서로 중첩될 때에는 합성파의 진폭이 보강되어 커지거나 상쇄되어 진폭이 작아지는 현상을 파동의 간섭이라 한다. (A)의 경우처럼 합성파의 변위가 커지는 경우는 보강 간섭이고, (B)의 경우와 같이 합성파의 변위가 더 작아지는 경우는 상쇄 간섭이라 한다.< 보강 간섭 >위들에는 번호를 붙여 구분할 필요가 있는데, 보강되는 것은 보강되는 것끼리, 상쇄되는 것은 상쇄되는 것끼리 번호를 붙인다. 이 번호를 나타내는 것이 m이다. 그림(b)를 보면 알수 있듯이 보강 간섭의 가운데인 m=0를 제외하고는 모든 보강, 상쇄점들은 좌우에 대칭으로 존재한다.이 실험을 통해 슬릿 간격 d, 슬릿과 스크린 사이 거리 L, 무늬 간격 △x를 측정해야 한다. 그렇게 하면 이중슬릿의 실험에서 측정한 값을 통해 빛의 파장(λ)을 알아낼 수 있다. 회절이 잘 될수록(회절∝ λ/d) 넓게 퍼지니까 무늬간격도 넓게 퍼진다. 또한 스크린과 슬릿 사이의 거리가 멀어지면 상이 확대되듯이 무늬간격도 넓게 된다. 이것을 식으로 나타내면 △x=Lλ/d 이 된다. 여기서 λ=d△x/L 를 이용해 빛의 파장을 알아낼 수 있다.3. 실험기구 및 재료광학대, 레이저, 단일 슬릿, 이중 슬릿, 줄자, 종이.4. 실험 방법① 광학대 위에 레이저,슬릿,스크린을 장치한다.② 슬릿과 스크린의 간격 D를 가능한 길게 하고 길이를 측정한다.(1)단일슬릿① 단일 슬릿에 레이저광이 지나도록 슬릿을 조정하여 스크린에 회절 무늬가 나타나도록 한다.② 스크린에 흰 종이를 부착한다.③ 어두운 무늬가 나타나는 점을 스크린 위의 종이에 표시한다.④ 첫 번째 어두운 회절무늬가 나타나는 두 점 사이의 거리를 측정하고 이로부터 무늬의 중심으로부터 첫 번째 어두운 무늬가 나타나는 점까지의 거리x _{1} ^{'}을 구한다.⑤ 두 번째 어두운 회절무늬가 나타나는 두 점 사이의 거리를 측정하고 이로부터 무늬의 중심으로부터 첫 번째 어두운 무늬가 나타나는 점까지의 거리x _{2} ^{'}를 구한다.⑥x _{1} ^{'}와x _{2} ^{'}로부터 슬릿 폭 a를 각각 계산한다.⑦ D를 줄이면서 3~6번 과정을 반복한다.⑧x _{1} ^{'}과 D사이의 관계 그래프를 그리고 기울기로부터 슬릿 폭 a를 구한다.(2) 이중 슬릿① 이중슬릿에 레이저광이 지나도록 슬릿을 조정하여 스크린에 무늬가 나타나도록 한다.② 스크린에 일정하게 유지되는 두 파 이상이 필요하며 이러한 조건을 충족하는 파동을 간섭이 일어날 가능성을 가진 파라는 의미에서 가간섭성(coherence)이라고 부른다.가간섭성 파를 시간축상에서 관찰하면 주파수가 일정한 연속적인 정현파가 된다. 또한 가간섭성 파를 파장축상에서 관찰하면 1개 선의 스펙트럼이 된다. 가간섭성 파를 사용하면 AM, FM, PM 등 고도의 변조 방식이 이용될 수 있으므로 통신에 이용하는 전파는 모두 가간섭성 파이다. 그러나 일반 광은 그렇지 않기 때문에 광통신 시스템의 광원으로 사용하는 레이저에서는 가간섭성 발진기(coherent oscillator)를 사용하여 가간섭성 파를 생성한다.? 슬릿의 폭이 커질수록 회절무늬는 어떻게 달라지는가?단일 슬릿에 의한 빛의 회절은 다음 그림과 같이 빛이 슬릿을 지나면서 회절되고, 회절된 빛이 서로 간섭하기 때문에 회절 무늬가 나타난다. 여기서 회절무늬 간격이 넓을수록 회절이 잘 일어난 것인데, 슬릿의 폭이 좁을수록 회절 무늬 간격이 넓어진다. 즉 회절이 잘 일어나는 것이다. 따라서 슬릿의 폭이 커지면 회절 무늬 간격이 좁아지게 된다.? 이중 슬릿에서 슬릿 사이의 간격이 커질수록 간섭무늬는 어떻게 달라지는가?이중 슬릿 사이 간격(d)이 커질수록 이중슬릿에 의한 간섭무늬 사이의 간격은 감소하게 된다.6. 측정값레이저광의 파장lambda = 650nm단일 슬릿폭a=0.04mm123D87.6cm81.5cm76.3cmx _{+1} ^{} '-x _{-1} '2.6cm2.4cm2.4cmx _{1} '1.3cm1.2cm1.2cma3.25 TIMES 10 ^{-5}m4.41 TIMES 10 ^{-5} m4.13 TIMES 10 ^{-5} mx _{+2} '-x _{-2} '0.9cm1cm0.9cmx _{2} '1.75cm1.7cm1.65cma6.5 TIMES 10 ^{-5} m6.23 TIMES 10 ^{-5} m6.01 TIMES 10 ^{-5} m1의 a값 오차(첫번째 어두운 무늬)={0.04-0.0325} over릿2: 간격 d=0.05mm, 폭 a=0.04mm123D67.3cm73.3cm78.3cmx _{+1} -x _{-1}0.01cm0.01cm0.01cmx _{1}0.005cm0.005cm0.005cmd8.75 TIMES 10 ^{-3} m9.53 TIMES 10 ^{-3} m0.010mx _{+2} -x _{-2}0.01cm0.01cm0.01cmx _{2}0.01cm0.01cm0.01cmd8.75 TIMES 10 ^{-3} m9.53 TIMES 10 ^{-3} m0.010mx _{+1} '-x _{-1} '2.2cm2.6cm2.7cmx _{1} '1.1cm1.3cm1.35cma3.98 TIMES 10 ^{-5} m3.67 TIMES 10 ^{-5} m3.77 TIMES 10 ^{-5} mx _{+2} '-x _{-2} '0.9cm1.2cm1.1cmx _{2} '1.55cm1.9cm1.9cma5.64 TIMES 10 ^{-5} m5.02 TIMES 10 ^{-5} m5.35 TIMES 10 ^{-5} m1의 d값(첫번째) 오차(첫번째 밝은 간섭무늬)={8.75-0.05} over {0.05} TIMES 100%=17400%1의 d값(두번째) 오차(두번째 밝은 간섭무늬)={8.75-0.05} over {0.05} TIMES 100%=17400%1의 a값(첫번째) 오차(첫번째 어두운 회절무늬)={0.04-0.0398} over {0.04} TIMES 100%=0.5%1의 a값(두번째) 오차(두번째 어두운 회절무늬)={0.0564-0.04} over {0.04} TIMES 100%=41%7. 실험 결과첫 번째 표는 슬릿에서 측정한 측정값들을 토대로 슬릿의 폭a의 값을a= {D} over {x ^{'}} n lambda 공식을 사용하여 구한 것이다. 단일슬릿이기 때문에 d의 값은 없고, a의 값들만 측정을 하여서 상대오차를 계산하였다. 그에 따른 1의 a값 오차(첫번째 어두운 무늬)={0.04-0.0325} over {0.04} TIMES 100%=18.75%, 1의 a
    공학/기술| 2016.09.22| 15페이지| 1,500원| 조회(275)
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  • 손난로 만들기 결과보고서 평가A좋아요
    손난로 만들기 결과보고서마지막 시간은 두 개의 실험을 했는데, 그중 첫 번째는 똑딱이 금속을 이용한 손난로 만들기였다. 실험과정은 이러하다. 먼저, 아세트산나트륨 50g과 증류수 6ml를 비닐주머니에 넣는다. 이어서 똑딱이 금속을 넣고 열봉합기로 밀봉하고 내용물이 투명해질 때까지 중탕을 한다. 내용물이 투명해지면 비닐주머니를 꺼내어 스티커를 붙여서 스티커의 색이 검은색이 될 때까지 식힌다. 완전히 식은 후에 똑딱이 금속을 눌러서 열이 발생한 시간을 측정한다. 실험결과, 우리조가 만든 손난로는 총 22분 15초동안 발열하였다.똑딱이 손난로의 원리는 쉽게 말해서 화학반응 때문이다. 손난로를 만들 때 제일 먼저 넣는 아세트산나트륨은 액체일 경우 매우 불안전한 과포화 상태이다. 그래서 아주 작은 충격에도 쉽게 응고되면서 발열반응을 일으킨다. 즉, 손난로 속에 있는 작은 금속판을 움직여 충격을 주면 그 충격으로 액체가 고체로 변하면서 발열반응이 일어나고 이로 인해 손난로가 따뜻해지는 것이다. 그 이유는 첫째, 똑딱이 금속을 누르면 공기가 유입되는데, 이 공기중에 탄산가스 성분이 유입되어 용해도가 작아지거나 공기가 들어가 물리적인 충격을 주어서이다. . 둘째, 똑딱이 금속에 들어있는 철 때문이다. 똑딱이 금속은 거의 철로 이루어져 있어 이것을 똑딱이면 미량이지만 철분자가 이리저리 튀어나온다. 이 철분자가 과포화되어 있던 아세트산나트륨이 다시 뭉치게 되는 시작점이 된다. 그래서 불안정한 상태로 있다가 한 곳에서 철분자가 갑자기 튀어나오자 튀어나온 부분에서부터 아세트산 나트륨이 석출되기 시작하면서 아세트산 나트륨 과포화 용액이 가지고 있던 잠열이 발생하는 것이다. 이번 실험의 경우 열봉합기로 단단히 밀봉하였으므로 공기가 들어갔을 확률은 희박하다. 따라서 똑딱이 금속 안의 철 분자로 인해, 혹은 내부 공기가 움직이면서 충격을 줘서 열이 발생했을 것이다. 똑딱이 손난로는 열 방출 시간이 짧지만(22분 15초) 가열하여 언제든지 사용할 수 있다는 장점이 있다.똑딱이 손난로 외에 또다른 손난로로 철가루를 이용한 흔들이 손난로가 있는데, 흔들이 손난로의 원리는 이 철에 있다. 손난로를 흔들면 철가루가 공기 중의 산소와 결합하여 산화철이라는 새로운 물질이 된다. 흑히 녹이 스는 것이다. 산화되기 전 반응물보다 산화된 후 생성물의 전체 에너지가 낮아 안정해지므로 반응은 자발적으로 일어나며 그결과 열이 방출 된다. 즉 가만히 놓아두면 자연히 녹이 슨다는 말이다. 이 반응은 보통 매우 천천히 일어나서 철이 녹슬 때 열이 생기는 것을 느끼기는 어렵다. 그리고 봉지에 있는 철가루가 모두 산화되면, 흔들어도 열이 나지 않으므로 다시 사용할 수 없다. 대신에 철가루와 같이 들어있는 탄소가루와 염화나트륨이 철가루가 산소와 결합하는 것을 도와주는 역할을 하여 산화반응을 촉진시키고 오래 유지시켜준다. 덕분에 10시간 이상 오래 열을 방출할 수 있으므로 한번에 오래쓸 수 있다는 장점이 있다.똑딱이 손난로를 만들 때 물을 많이 섞을수록 응고 속도가 느리고 발열량이 적어진다고 한다. 다행히 물을 적정량만큼 세밀하게 맞춰서 그런지 우리 조의 손난로는 응고되는 속도가 꽤 빠르고 따뜻했다 . (실험시간이 짧게 걸려서) 녹이는 과정에서 시간을 많이 잡아먹었는데, 무작정높은 온도에서 가열하는 것보다 적당한 온도에서 가열하는 것이 좋기 때문에 강도1~2의 세기로 가열을 해서 그런 것 같다. 그래도 아세트산나트륨이 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있어 빨리 녹은 편이었다. 다시 응고시키는 과정은 녹이는 과정보다 더 길었다. 게다가 불안정한 과포화 상태에서 흔들거나 충격을 가하면 결정이 생겨서 중탕을 또 해야 하기 때문에 최대한 조심해서 다루어야 했다. 그래서 창가에 두다가 창문 밖으로 옮겼을 때 급작스런 온도 변화로 혹시 결정이 생기지 않을까 걱정이 되었다. 실제로, 아세트산나트륨을 따뜻한 용액에 넣었다가 온도를 갑자기 낮추면 자극을 받아 결정이 석출될 수도 있다고 한다. 그리고 만약 식히는 도중에 아세트산나트륨 가루를 넣었다면 거의 100% 결정이 석출되었을 것이다. 마치 수증기가 많이 포함된 공기가 찬 지역으로 이동하면 안개가 생기는 것처럼 예민한 상태에서 아세트산 나트륨이 닿으면 아세트산 나트륨에 의해 결정화가 촉진될 것이기 때문이다.마지막으로 손난로의 원리를 한번더 정리해보면 다음과 같다. 물에대한 용해도가 높은 아세트산나트륨을 가열해주면 온도가 높아지기 때문에 물에 녹게 된다. 이때 녹은 아세트산나트륨은 굳어있는 아세트산나트륨에 비해 열에너지를 많이 포함하고 있다. 이 열에너지가 아세트산나트륨에 저장되었다가 결정으로 석출될 때 다시 나오게 된다.(실험에선 이렇게 되면 안 된다.) 결정으로 석출되지 않고 그대로 녹아 있는 경우는 이 실험에서의 아세트산나트륨 용액처럼 정상보다 훨씬 많은 양의 아세트산나트륨을 녹이고 있어서 불안정한 상태, 바로 과포화 용액이 되었을 때이다. 과포화 용액은 불안정해서 충격을 주면 불안정한 상태가 폭발하면서 한꺼번에 결정이 석출되며 그 촉매제 역할을 하는 것이 (바로) 똑딱이 금속이다. 똑딱이 금속을 누르면 결정이 석출됨과 동시에 저장되어 있는 열이 방출되어 비닐주머니 전체가 따뜻해지게 된다.
    공학/기술| 2016.09.22| 4페이지| 1,000원| 조회(810)
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  • 스넬의 법칙 레포트
    결과보고서일반물리학실험실험제목스넬의 법칙실험 목적백색광과 사각 프리즘을 이용하여 빛의 굴절에 대한 스넬의 법칙을 이해한다. 나란한 광선을 얇은 볼록렌즈와 오목렌즈에 입사시켜 광선의 진행 경로를 관찰한다. 이로부터 볼록렌즈와 오목렌즈의 차이점을 배운다.실험 기구광원, 사각 프리즘, 사각 볼록 렌즈, 사각 오목 렌즈, 볼록 렌즈, 광학대, 각도기, 종이.실험 방법실험1 스넬의 법칙① 광원을 흰 종이 위에 놓고 백색광 한 줄기가 보이도록 맞춘다.② 사각 프리즘을 놓고 빛이 평행한 부분을 지나도록 조정한다.③ 사각 프리즘의 모양을 그리고 들어가는 빛, 나가는 빛의 경로를 그린다.④ 사각 프리즘을 제거하고 빛이 들어간 점과 나간 점을 연결하여 그린다.⑤ 빛이 들어간 점에서 사각 프리즘의 면과 수직인 직선을 긋는다.⑥ 입사각과 굴절각을 재고 기록한다.⑦ 입사각의 크기를 몇 번 더 바꾸어 위 과정을 반복한다.⑧ sintheta _{1}과 sintheta _{2}와의 관계그래프를 그리고, 그 기울기로부터 공기의 굴절률을 1이라 가정하여 아크릴 사각 프리즘의 굴절률을 계산한다.실험2 프리즘① 광원을 흰 종이 위에 올려놓고 하나의 백색광이 보이도록 맞춘다.② 사각 프리즘의 삼각 모서리를 프리즘으로 사용한다. 빛의 투과를 크게 하기 위해 프리즘 끝 부분에 빛이 지나도록 한다.③ 프리즘을 돌려서 투과한 빛의 각(theta _{2})을 가능한 크게 하고 빛이 여러 가지 색으로 나누어지게 한다.④ 스넬의 법칙을 사용하여 빨강색, 초록색, 보라색에 대한 프리즘의 굴절률을 구한다.실험3 완전반사① 광원을 흰 종이 위에 올려놓고 하나의 백색광만 보이도록 한다.② 사각프리즘을 놓는다. 광선이 삼각 꼭짓점에 너무 가깝게 입사하지 않도록 유의한다.③ 프리즘을 통과하여 굴절되는 빛이 거의 사라지도록 사각 프리즘을 돌린다.④ 사각 프리즘의 표면을 따라 모양을 그리고 빛이 들어간 지점, 내부 반사가 된 지점, 나오는 지점을 정확히 표시한다.(빨강, 초록, 보라 각각의 색에 대하여 표시한다.)⑤ 사각 표면을 따라서 렌즈 모양을 그린 후 들어가는 빛과 나가는 빛을 그리고 화살표로 빛의 진행 방향을 표시한다.④ 렌즈를 통과하여 나가는 빛의 연장선을 나가는 반대 방향, 즉 렌즈 방향으로 렌즈를 통과하도록 긋고 렌즈 중심으로부터 초점까지의 거리를 재고 기록한다.굴절의 법칙빛이 두 매질의 경계면을 통과할 때 직진하지 않고 꺾어지는 현상을 굴절이라 한다. 빛의 굴절은 페르마의 원리에 의해 설명될 수 있는데, 페르마의 원리란 ‘한 점에서 나온 빛이 몇 번의 반사와 굴절을 받아 다른 한 점에 도달할 때 통과하는 경로는, 통과하는 데 소요되는 시간이 최소인 경로가 된다’는 것이다. 굴절 후의 광선의 방향은 스넬의 법칙이라고 하는 굴절의 법칙에 의하여 결정된다. 스넬의 법칙은 입사각의 사인 값과 굴절각의 sin값의 비는 주어진 파장의 빛에 대하여 주어진 두 매질의 굴절률의 비와 같다는 것이다. 또한 입사광선과 굴절광선 및 법선은 같은 평면(즉, 입사면)에 있다는 것이다.매질에 따른 빛의 굴절 변화밀한매질 : 굴절률이 큰 매질 (파동의 속력과 파장이 작다)소한매질 : 굴절률이 작은 매질 (파동의 속력과 파장이 크다)상대 굴절률 : 물질 A에 대한 물질B의 상대 굴절률 nab 는 nb/na로 정의소한 매질 ? 밀한 매질 밀한 매질 ? 소한 매질스넬의 법칙(Snell's law)내부 전반사빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질에서 작은 매질로 진행할 때는 굴절각이 입사각보다 크다. 입사각을 증가시키면 굴절광선은 경계면을 따라 진행하게 되고, 이때의 입사각을 임계각 이라고 한다. 즉, 임계각 이란 굴절각이 90°일 때의 입사각이다. 입사각이 임계각 보다 크면, 굴절된 빛은 없고 모두 반사하게 되는데 이 현상을 전반사라 한다.얇은 렌즈의 초점 거리렌즈의 두께가 물체와의 거리, 상과의 거리 및 렌즈 굴절면의 곡률 반지름보다 매우 얇아서 렌즈의 두께 효과를 무시할 수 있는 렌즈를 얇은 렌즈라고 한다. 얇은 렌즈의 초점 거리는 다음과 같다.{1} over {f} = {1} over {p} 6+1.51+1.86} over {5} =1.54기울기에 대한 상대오차={1.54-1.11} over {1.11} TIMES 100%=38.74%실험2 프리즘색입사각(theta _{1})굴절각(theta _{2})굴절률빨강23.3도34도0.707초록23.3도35도0.69보라23.3도37도0.657실험3 완전반사색임계각(theta _{c})굴절률빨강75도1.04초록77도1.03보라80도1.02실험2에 비해 실험3의 굴절률이 더 크다.실험2는 부분반사인데 실험3은 완전반사이므로 상대오차를 계산할 수 없다.실험4 볼록 렌즈와 오목 렌즈볼록 렌즈의 초점 거리=(+)15cm, 오목 렌즈의 초점 거리=(-)8.2cm질문 및 토의? 실험1에서 각각의 입사각에 대한 굴절률을 스넬의 법칙을 이용하여 계산하고,(실험1에서 계산.) 굴절률에 대한 불확도를 오차의 전파를 이용하여 구해보자입사각(theta _{1})38도40도30도45도15도굴절률(n _{2})1.641.211.461.511.86.n _{2} = {1 TIMES sin theta _{1}} over {sin theta _{2}} 을`이용하여`각각의`굴절률을`구함.실험1의 각 굴절률에 대한 불확도 (그래프의 기울기를 이용.)? 1.64에 대한 불확도={1.64-1.11} over {1.11} TIMES 100%=47.75%, sqrt {47.75 ^{2}} =47.75%? 1.21에 대한 불확도={1.21-1.11} over {1.11} TIMES 100%=9.01%, sqrt {9.01 ^{2}} =9.01%? 1.46에 대한 불확도={1.46-1.11} over {1.11} TIMES 100%=31.53% sqrt {31.53 ^{2}} =31.53%? 1.51에 대한 불확도={1.51-1.11} over {1.11} TIMES 100%=36.04%, sqrt {36.04 ^{2}} =36.04%]? 1.86에 대한 불확도={1.86-1.11} over {1.11} TIMES 100%=67.57%, sqrt {67자는 한 개의 광자를 방출하고 기저상태로 돌아가는데, 이 광자는 한쪽 거울에 반사되어 튕겨서 광학공진기 내를 지나 반대편 거울로 가서 또 반사되어 튕겨진다. 이처럼 광자가 양쪽 거울과 광학공진튜브의 내벽에 부딪혀 튕겨 오가면서 흥분상태의 다른 원자나 분자와 충돌하여 이들의 전자가 광자를 내어놓고 안정된 궤도로 돌아가도록 연쇄적으로 자극하게 된다. 이렇게 점점 더 많아진 방출된 모든 광자들은 광학공진기내를 오가다가 일부만 한쪽편 거울에 뚫린 구멍을 통해 일정한 방향의 레이저빔으로 발사된다. 나머지는 광학공진기 내를 계속 오가면서 유도방출을 촉진시켜 빛의 증폭을 가져온다.?통신용 광섬유 :광섬유는 중심부가 굴절률이 높은 유리로, 바깥부분이 굴절률이 낮은 유리로 되어 있는 머리카락 굵기 정도의 섬유를 말한다. 광섬유 의 중앙을 코어라고 하고, 그 주변을 감싸고 있는 부분을 클래딩이라고 한다. 클래딩의 주변에는 외부 충격으로부터 광섬유를 보호하기 위하여 합성 피복을 입히기도 한다 코어의 굴절률은 클래딩의 굴절률보다 1%크게 되어 있다. 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행하게 되면 전반사가 일어나는데, 통신용 광섬유는 이러한 전반사의 원리를 이용한 빛의 송신 방법이다. 광섬유를 통해 빛이 통과할 때 주시된 빛이 클래딩에 부딪히면 코어 방향으로 전부 반사가 되고, 코어를 가로질러 반대쪽 클래딩을 만나면 다시 코어 방향으로 반사되게 되는 과정을 반복하면서 빛의 손실 없이 전송되는 것이다.실험 결과빛이 굴절률n _{1}인 매질 1에서 굴절률n _{2}인 매질 2로 진행할 때 굴절각과 입사각의 사인값의 비는 항상 일정한데 이 값을 매질 1에 대한 매질 2의 굴절률이라고 한다.실험1은 공기(n _{1} =1)에 대한 프리즘의 굴절률을 알아보는 실험으로n _{1} sin theta _{1} =n _{2} sin theta _{2} 다음과 같은 스넬의 법칙을 확인해본다. 실험은 여러 가지 입사각에 대한 굴절각을 측정함으로써 그에 대한sin theta _{1}과sin the분의 진동수에 따라 다른 색으로 분리되어 제각기 다른 각도로 굽어진다. 실험을 통해서도 세 가지 색이 분리되는 것을 볼 수 있었다. (빨강>초록>보라 순으로 굴절률이 컸다.) 역시n _{2} = {sin theta _{1}} over {sin theta _{2}}를 통해 각각의 색에 대한 굴절률을 구하였다.실험3은 전반사를 알아보는 실험인데, 임계각theta_c보다 큰 입사각으로 빛을 통과 시키면 전반사가 일어남을 확인하였다. 그리고 빛의 색마다 임계각theta_c이 다름을 확인하고 측정하여n _{1} = {1} over {sin theta _{c}}을 통해 각각의 굴절률을 구하였다. 그결과, 실험2와 마찬가지로 빨강>초록>보라 순으로 굴절률이 크게 나왔다. 또 실험2와 비교해본 결과, 실험2에 비해 굴절률이 전부 더 크게 나온 것으로 보아 전반사가 일어날 때, 굴절률이 더 크다는 사실을 알 수 있었다.실험4는 빛이 볼록렌즈와 오목렌즈를 통과 시 진행방향을 확인하는 실험이다. 볼록렌즈를 통과 시에는 빛이 한 곳(초점)으로 모였고, 오목렌즈 통과 시에는 빛이 퍼지는 것을 볼 수 있었다. 그리고 볼록렌즈 중심과 초점사이의 거리는 (+)15cm가 나왔다. 오목렌즈는 빛의 진행방향에서 초점을 확인 할 수 없는데, 렌즈를 통과한 빛들의 반대진행방향을 보면 초점이 생기는 것을 볼 수 있다. 이 점과 오목렌즈 중심과의 거리는 (-)8.2cm가 나왔다.결과에 대한 논의이번 실험은 빛의 굴절을 관찰하고, 측정된 실험값으로 굴절각을 구하고 임계값을 구한 뒤 실제 계산 값과 비교해보는 실험이었다. 또 렌즈에 빛을 투과하여 초점거리를 구하고, 상이 맺히는 위치를 확인해보았다.{sin`` theta _{a}} over {sin`` theta _{b}} = {n _{b}} over {n _{a}} 을 이용해서 백색광의 굴절률과 빨강,초록,파랑 3가지 색깔의 굴절률을 구할 수 있었다. 그리고 실험2와 실험3에서 굴절률이 빨강>초록>순으로 크다는 점을 통해 굴절률이 진동수에 비례하다는 점.
    공학/기술| 2016.09.22| 14페이지| 1,500원| 조회(295)
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  • 재결정 실험 레포트
    화학실험 보고서‘재결정’이란 혼합물로부터 원하는 물질만을 얻어낼 수 있는 물리적방법들 중 하나이다. 물질의 고유한 특성을 이용하는 대표적인 분리법으로 추출, 크로마토그래피, 증류 등이 있는데 그중, 재결정은 ‘온도에 따른 용해도차이’를 이용한 것이라고 말할수 있다. 우선 재결정을 하기 위해 부합시켜야 할 조건이 있다. 첫 번째, 정제하고자 하는 물질은 뜨거운 용매 속에서는 완전히 녹고 반면에 차가운 용매 속에서는 다소 불용성이어야 한다. 두 번째, 용질의 녹는점보다 용매의 끓는점이 낮아야 한다. 용액을 끓일 때 용매의 끓는 온도보다 용질의 녹는점이 더 낮으면 용매가 끓기 전에 용질이 녹아버리게 된다. 이것은 용매에 의해서 녹는게 아니라 열에 의해서 녹아버리는 것이다. 재결정을 하는 목적은 순수한 물질을 분리하기 위해서인데 용매가 열에 의해 녹았다가 석출이 되면 원상태가 되므로 재결정의 의미가 없어진다. 세 번째, 용매의 극성이 너무 세거나 약해선 안된다. 용매가 극성이 세서 용질을 너무 많이 녹이면 아무리 온도를 낮추고 농도를 진하게 해도 재결정이 안된다. 또한 용매가 극성이 약해서 용질을 못 녹이면 아무리 농도를 낮추고 온도를 높게 해도 녹지 않으므로 재결정을 할 수가 없다. 네 번째, 용매와 용질이 화학 반응을 일으켜선 안 된다.위의 이해를 통해 석유에테르와 에틸에테르를 용매로 하여 지난 시간에 합성한 아스피린의 재결정 실험을 해보았다. 먼저,1차적으로 에틸에테르로 아스피린을 녹인 후 감압여과시켜 아스피린에 섞인 유기불순물들을 제거했다. 그리고 석유에테르를 사용하여 Ice bath속에서 침전을 생성시켜야 했는데, 우리 조는 침전이 생성되지 않았다. 유리막대로 저어주면서 한 번 더 해보았지만 결과는 같았다. 그래서 조교님의 말씀대로 다른 조의 재결정한 아스피린을 빌려서 실험에 이용해야 했다. Ice bath에 담그면 온도가 내려가 용해도가 작아지므로 침전이 더 잘 발생해야 하는데 그렇지 않은 것으로 보아 아마 결정이 전혀 생성되지 않았거나, 아니면 미세한 양이 생성되었지만 유리막대에 달라붙거나 비커에 달라붙어서 눈에띄지 않았던 것일 수도 있다. 실제로 용액을 담고난 후, 비커의 바닥과 옆면에 결정처럼 보이는 희미한 모양이 생기긴 했다. 결정이라고 하기엔 매우 적은 양이었지만 말이다.다음 단계는 불을가해 한쪽 끝을 막은 모세관에 재결정한 아스피린, 재결정 하지 않은 아스피린, 시판되는 아스피린을 각각 넣고 녹는점 측정 장치로 가열하여 녹는점을 측정하는 것이었다. 그런데 재결정한 아스피린이 제일 낮은 온도인 105도에서 녹았고, 재결정하지 않은 아스피린이 더 높은 온도인 125도, 그리고 시판되는 아스피린의 녹는점이 120도였다. 재결정한 재결정한 아스피린의 녹는점이 더 높게 나올 거라고 생각했었는데 전혀다른 결과가 나와서 혼란스러웠다. 아스피린의 녹는점 오차를 구했더니 오차={120-105} over {120} TIMES 100%=12.5%이었다. 오차의 원인은 아스피린 가루를 넣을 때 거의 끝까지 채워야 열 전달이 골고루 되는데 가루가 잘 들어가지 않아 많이 넣지 못했고, 고무줄로 묶어놓은 부분에 가려져서 아스피린의 녹는 시점을 정확히 파악하지 못하였기 때문인 것 같다. 또, 아스피린을 넣을 때 샤프심을 사용했는데 그 과정에서 심이 묻었을 가능성도 있다. 게다가 아스피린을 합성할 때 수분이 거의 나오지 않을때까지 감압여과를 하여서 재결정하지 않은 아스피린 속에 들어있는 불순물이 매우 적었을 수 있다. 그리고 녹는점은 결정의 크기, 시료의 양, 가열속도 등에 영향을 받아 달라질 수도 있기 때문에 처음부터 정확한 값은 존재하지 않는다. 더 급속히 냉각시킬수록 결정이 작게 생성되고 더 천천히 냉각시킬수록 결정이 크게 생성되며, 결정의 크기가 클수록 녹이는데 드는 열이 더 많아지게 된다. 또한, 천천히 가열시키는 것보다 세게 가열시켰을 때 온도가 더 높게 올라가므로 녹는점이 더 높게 측정될 것이다.이중, 결과에 영향을 미친 제일 큰 이유는 녹는점을 정확히 보지 못한 것과 아스피린의 합성단계에서 건조시간이 길어서 수분을 너무 많이 증발시킨 것,(이 덕에 재결정하지 않은 아스피린의 녹는점이 높게 나왔으나 만약 재결정한 아스피린의 녹는점이 높게 나왔더라도 재결정 하지 않은 아스피린보다 120도에 가까워질 확률이 줄어든다.) 이 두가지를 들 수 있다.모세관에서 아스피린이 녹는 시기를 확실히 알려면 중간중간에 장치에서 꺼내 확인을 하는 방법밖에 업을 것같다. 그리고 온도가 갑자기 올라갈 경우가 발생할 수 있으니까 늘 온도계를 주시하고 있어야 한다. 아스피린을 건조?감압여과할 때는, 수분을 거름종이의 무게만큼 건조하여 이 거름종이의 무게로 정확하게 걸러서 얻어진 시료의 양을 구하는 방법이 있다.이번 시간엔 전 시간에 합성시켰던 아스피린을 에틸에테르와 석유에테르로 재결정하는 실험을했다. 에틸에테르로 불순물을 일정량 제거한 후에 석유에테르로 감압여과를 해서 침전을 형성시키는 것이었는데, 침전을 형성시키는 단계를 실패해서 안타까웠다. 다시할때는 혹시나 싶어서 오븐에 넣고 결과를 살펴봤지만 역시 결정은 생성되지 않았다. 결정이 생기는 걸 눈으로 꼭 확인하고 싶었기 때문에 아쉬움이 컸다. 모세관을 구부리는 과정은 재미있었다. 마치 1학기에 했던 유리세공 실험을 떠올리게 했다. 우리조가 제일 애먹었던 단계는 구부린 모세관에 아스피린 가루를 집어넣는 단계였다. 모세관의 구멍이 매우 작아 아스피린 가루가 잘 들어가지 않아 넣는데 시간이 꽤 걸렸다. 마지막 부분인 녹는점측정은 시간이 많이 걸릴것으로 예상했으나 온도가 금방 변해서 빨리끝나게 되어 기분이 한결 가벼워졌다. 그런데 아스피린이 녹기 시작한 순간을 제대로 포착하지 못해서인지 재결정한 후의 아스피린의 온도가 더 낮게 나와서 당항스러웠다. 다행히 이전에 합성했던 아스피린의 녹는점이 시판되는 아스피린의 녹는점과 비슷했기 때문에 합성단계에서 이미 불순물이 거의 없었다고 결론을 내리며 위안으로 삼을 수 있었다.
    공학/기술| 2016.09.22| 2페이지| 1,000원| 조회(666)
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  • 축전기의 충전과 방전 레포트
    결과보고서일반물리학실험실험제목축전기의 충전과 방전1.실험목적축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다.2.실험원리[실험1] 축전기의 충전과정축전기, 저항, 기전력 장치로 구성된 직렬 회로를 생각하자. 축전기가 초기에 충전되지 않았고 스위치가 열려있으면 회로에는 전류가 흐르지 않는다. 시간 t=0일 떼 스위치를 닫으면 전류가 회로에 흐르기 시작하여 축전기에 충전이 된다. 시간 t일 때 축전기에 충전된 전하가 q라면 이는 전류에 의한 것으로 전하의 시간 볂화율은 전류와 같다. I=dq/dt. 축전기의 전하는 축전기에DELTA V=q/C의 전위차를 만든다. 축전기에 전하가 충전되어DELTA V=V _{0}가 되면 회로에는 전류가 흐르지 않게 되면, 이때 충전된 전하량은 Q=DELTA VC=V _{0}C가 된다. 시간에 따라 축전기에 충전한 전하량, 전위차 회로에 흐르는 전류를 알아보기 위해 주어진 회로에 Kirchhoff 제 2법칙을 적용하면 다음과 같이 된다. (q/C+ IR=V _{0}.) 여기에 식(24.1)을 대입하면 다음과 같다.( {dq} over {q-V _{0} C} =- {1} over {RC} dt) 초기조건, 즉 t=0 일 때 축전기의 전하량이 q=0 이라는 것을 적용하면 위 미분방적식의 해는 다음과 같다.(q=V _{0} C(1-e ^{-t/RC} )) 이때 최댓값의 63.2%까지 충전되는 데 걸리는 시간 t=RC를 시정수(time constant)라 부른다. 축전기에 걸리는 전위차는 다음과 같이 전하량과 비례하고 같은 시간의 함수로 나타난다.( TRIANGLE V=V _{0} (1-e ^{-t/RC} )). 회로에 흐르는 전류는 다음과 같이 시간에 따라 지수적으로 감수하고 시정수는 초기 전류값에 대해 36.8% 감소하는데 걸리는 시간이라는 것을 알 수 있다.(I= {dq} over {dt} = {V _{0}} over {R} e ^{-t/RC} )[실험2] 축전기의 방전과정회로의 스위치를 열고 기전력 장치(전원)를 분리한 다.[실험2] 축전기의 방전 과정(1) 방전 과정이 일어나도록 스위치를 전환한다.(2) 스위치를 닫고 일정한 시간 간격으로 축전기 양단의 전압과 회로에 흐르는 전류를 측정하여 기록한다.(3) 축전기를 바꾸고 (1)~(4)의 과정을 반복한다.(4) 저항을 바꾸고 (1)~(4)의 과정을 반복한다.(5) 시간 대 전압, 시간 대 전류 그래프를 그린다.(6) 시간 대 로그전압, 시간 대 로그전류의 그래프를 그리고 기울기로부터 시정수를 구한다.5. 질문 및 토의① 축전기의 용량에 따라 충전과 방전 과정이 어떻게 달라지는지 설명하라.▶Q`=CV공식을 보면 V는 일정하고 C가 클수록 Q값도 커지게 된다. Q값이 커지게 되면 그만큼 콘덴서에 들어가야 할 전하량이 커지므로 충전 시간과 방전 시간이 길어진다. 즉, 충전과 방전은 축전기의 용량이 클수록 천천히 진행되고 축전기의 용량이 작을수록 빠르게 진행된다.② 실험 결과를 보고 시정수가 무엇을 의미하는지 설명해 보자.충전과정에 있어 전하량은이며 콘덴서는 시간이 지남에 따라 최대량까지 지수적으로 충전된다. 그래프는 이미 첨부되어있으며, 지수적인 변화를 확인 할 수 있다. 방전과정에 있어서 전하량은, 전류는이며, 전하량과 전류 모두 시간이 지남에 따라 지수적으로 감소한다는 것을 알 수 있다. 마찬가지로 그래프는 이미 첨부되어있으며, 지수적인 변화를 확인 할 수 있다. 이처럼 회로에 흐르는 전하량과 전하 모두 시간에 따라 변화하므로 시정수는 초기 전류값에 대해 36.8% 감소하는 데 걸리는 시간(회로의 전하량과 전류를 변화시키는)을 의미한다.6. 측정값 (글씨가 흐릿하게 찍혀 적는 과정에서 숫자를 잘못 적었을 수도 있습니다. 이점 양해 부탁드립니다. 그리고 I값이 음수로 나오는 부분은 ln을 계삭하기 위하여 표에서처럼 -를 씌워서 계산을 했습니다.)(1)C=100 F R=50kV _{0}=20V충전 과정방전 과정t(s)I(mA)V _{c}(V)lnIlnV _{c}t(s)-I(mA)V _{c}(V)ln(-I)lnV _{c}50.12400119.93-6.9082.992100001050.00119.93-6.9082.992105001100.00119.93-6.9082.99211000(2)C=100 F R=100kV _{c}=20V충전 과정방전 과정t(s)I(mA)V _{c}(V)lnIlnV _{c}t(S)-I(mA)V _{c}(V)ln(-I)lnV _{c}20.1593,98-1.8391.38120.14714.5-1.9172.67440.1277.14-2.0641.96640.11611.41-2.1542.43460.09710.18-2.3332.32060.0939.51-2.3752.25280.07311.03-2.6172.40080.0757.66-2.5902.036100.06113.31-2.7972.589100.066.18-2.8131.821120.05514.48-2.9002.673120.0494.99-3.0161.607140.04415.5-3.1242.741140.0394.03-3.2441.394160.03616.32-3.3242.792160.0313.26-3.4741.182180.03016.98-3.5072.832180.0252.63-3.6890.967200.02317.63-3.7722.87200.022.13-3.9120.756220.01918.03-3.9632.892220.0161.73-4.1350.548240.01618.36-4.1352.910240.0131.4-4.3430.336260.01318.57-4.3422.922260.011.14-4.6050.131280.01218.8-4.4232.934280.0080.93-4.828-0.0725300.00919.03-4.7112.946300.0070.75-4.962-0.288320.00819.11-4.8282.950320.0050.61-5.298-0.494340.00719.26-4.9622.958340.0040.5-5.521-0.693360.00619.36-5.1162.963360.0030.41-5.809-0.892380.00519.44-5.2982.-2.1372.100150.10712.84-2.2352.553200.09910.02-2.3132.305200.0999.04-2.3132.202250.08411.54-2.4772.446250.0818.04-2.5132.084300.07112.82-2.6452.551300.077.15-2.6591.967350.06613.98-2.7182.638350.0585.9-2.8471.775400.05214.77-2.9572.693400.055.04-2.9961.617450.04415.53-3.1242.743450.0424.21-3.171.437500.03816.15-3.2702.782500.0363.69-3.3241.306550.03316.68-3.4112.814550.033.13-3.5071.141600.02817.12-3.5762.84600.0252.62-3.6890.963650.02417.56-3.732.866650.0212.23-3.8630.802700.02117.83-3.8632.881700.0181.93-4.1070.658750.01918.19-3.9632.901750.0151.62-4.1990.482800.01618.33-4.1352.909800.0131.41-4.3430.344850.01418.53-4.2692.919850.0111.19-4.510.174900.01318.7-4.3432.929900.0090.93-4.711-0.0726950.01118.84-4.512.936950.0080.88-4.828-0.1281000.0118.97-4.6052.9431000.0070.75-4.962-0.2881050.00919.08-4.7112.9491050.00650.65-5.036-0.4311100.00819.16-4.8282.9531100.0050.57-5.298-0.5621200.00719.31-4.9622.9611200.0030.41-5.809-0.8921300.00519.41-5.2982.9661350.0020.28-6.215-1.2731400.00519.40과실험 1,2,3 모두 축전기가 충전되는 과정에서는 시간이 흐르면서 전류가 감소하게 되고 일정 이상의 시간이 흐르면 전류의 변화가 더는 없게 된다. 그래서 시간에 따른 전류의 그래프는 아래 방향으로 곡선을 그리며(둥근ㄴ자형) 휘는 모양이다. 전압은 전류와 반대로 시간이 흐르면서 증가하게 되고, 그래프는 곡선을 그리며 위로 휘는 모양이다.(둥근┎자형) 또 축전기가 방전되는 과정에서는 시간에 따라 전류(값이 음수로 나옴!)가 점점 증가하며 최종적으로 0에 도달한다. 이때 시간에 따른 -I의 그래프는 아래 방향으로 곡선을 그리며 휘는 모양이다. 반대로 전압은 시간이 증가하면서 점점 감소하여 결국 0에 도달하게 된다. 따라서 시간에 따른 전압의 그래프는 시간에 따른 -I의 그래프와 마찬가지로 아래 방향으로 곡선을 그리며 휘는 모양이 된다.8. 결과에 대한 논의우선 시간에 대한 전압과 전류의 그래프는 예측한 대로 잘 나온 것 같다. 저항과 축전기를 바꿔서 실행한 3번 실험모두 동일한 모양의 그래프가 나왔다.실험은 멀티미터를 축전기에 연결한 다음 한명이 시간을 재면서 전류와 전압의 변화를 말해주면 다른 한사람이 받아적는 식으로 진행되었는데, 첫 번째 한 실험을 제외한 나머지 두 개는 폰으로 동영상을 촬영하여 촬영한 화면을 보고 받아 적었기 때문에 비교적 큰 오차가 없었던 것 같다. 첫 번째 실험에서 70초에서 75초로 갈 때 전류가 0.001mA에서 0.002mA로 증가한다고 표시되어있는데 이는 우리가 첫 번째는 직접 체크하면서 했기 때문에 시간적 오차가 생겨서일 것이다. 이렇게 시간에 대한 전압과 전류의 변화를 관찰하면서 축전기에 직류전압을 가하면 전하가 완전히 충전될 때까지 전류가 흐르다가, 전하가 완전히 충전되면 전류가 더 이상 흐르지 않는다는 사실을 알 수 있었다. 반대로 방전이 일어날 때 또한 완전히 방전이 되면 전류가 흐르지 않게 되며 이때는 전압 역시 0이 된다는 사실까지 알 수 있었다.이번 실험에서 상당히 난해했던 부분은 시간-로그전압, 시간-로그전류의 그 사전.
    공학/기술| 2016.09.22| 18페이지| 2,500원| 조회(449)
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