강의명 :일반생물학교수님 :교수님제출일 :2014. 12. 2세포소기관------------------------학 과 :학 번 :이 름 :< 목 차 >1. 핵(nucleus)1) 핵막(nuclear envelop)2) 염색질(chromatin)3) 인(nucleolus)2. 리보솜(ribosome)3. 소포체(endoplasmic reticulum)1) 조면소포체(RER, rough endoplasmic reticulum)2) 활면소포체(SER, smooth endoplasmic reticulum)4. 골지체(Golgi body, Golgi apparatus)5. 리소좀(lysosome)6. 퍼옥시좀(peroxisome)7. 미토콘드리아(mitochondria)8. 엽록체(chloroplast)9. 액포(vacuole)10. 중심립(centriole)1. 핵(nucleus)핵은 진핵세포에 필요한 모든 단백질의 합성을 위한 유전정보의 저장소이다. 대부분의 진핵세포는 한 개의 핵을 가지나, 균류를 비롯한 일부 진핵생물에서는 다수의 핵을 가지는 경우도 있으며, 포유류의 적혈구는 성숙하면서 핵이 소실된다. 핵에는 짙게 염색되는 인이 존재하며, 이는 rRNA의 합성이 집중적으로 일어나는 부위이다.1) 핵막(nuclear envelop)핵의 표면은 두 겹의 인지질 이중 막으로 구성된 핵막으로 싸여 있다. 핵막의 외막은 세포질의 내막 구조인 소포체와 연결되어 있다. 핵막의 표면에는 핵공이 산재해 있다. 이 핵공들은 핵막의 내외막이 같이 연결되어 있는 부분으로 50~80nm 간격으로 분포하고 있다. 핵공은 작은 분자들의 경우 핵질과 세포질을 자유롭게 왕래할 수 있게 하지만 단백질과 RNA-단백질 복합체의 통과는 조절한다.2) 염색질(chromatin)진핵세포에서는 다수의 선형 염색체로 구성되어 있는데, 이러한 염색체의 DNA는 단백질과 복합체를 이루면서 염색질이라고 부르는 구조를 형성한다.염색질은 일반적으로 조절 단백질들이 DNA상의 특정 염기서열에 부착하여 유전자 발현을 조절할 수 있도록 느슨한 형태를 가진다. 세포분열 시에는 염색질은 보다 조밀하게 뭉쳐진 구조를 형성한다.3) 인(nucleolus)rRNA 유전자의 집단, 합성되는 리보솜 및 리보솜 단백질은 리보솜이 합성되는 동안 모두 핵 내에 존재한다. 핵 내에서 리보솜이 짙게 염색되어 나타나는 구조를 인이라고 부른다.2. 리보솜(ribosome)세포의 핵에 있는 DNA가 각 단백질의 아미노산 서열을 지정하고 있지만 단백질은 핵에서 조립되지 않는다. 단백질 합성은 핵 밖에 있는 RNA-단백질 복합체(리보솜)에서 일어난다.리보솜은 두 단위체로 구성되며, 각 단위체는 rRNA와 단백질로 구성된다. 이 단위체들은 서로 합쳐져야만 단백질을 합성할 수 있게 된다. 이 과정은 다른 종류의 RNA를 필요로 하는데, 그 하나는 DNA로부터 정보를 운반하는 mRNA이고, 다른 하나는 아미노산을 운반하는 tRNA이다. 리보솜은 mRNA에 지정되어 있는 정보를 이용해서 단백질을 합성한다.리보솜은 세포질 내에 독립적으로 존재하거나 내막 표면에 부착되어 있다. 독립적인 리보솜은 세포질 내, 핵, 미토콘드리아에서 발견되는 단백질 및 내막 체계(endomembrane system)에서 합성되지 않는 단백질들을 합성한다. 내막에 부착된 리보솜은 막 단백질, 소포체 내의 단백질 및 세포외로 분비되는 단백질을 생산한다.3. 소포체(endoplasmic reticulum)진핵세포의 내부는 얇은 막들로 이루어져 있다. 이러한 내막 체계는 세포를 채우면서 구획을 형성하고, 지질 및 단백질의 합성에 필요한 표면을 제공한다. 이런 막은 진핵세포와 원핵세포를 구분해 주는 뚜렷한 특징이 되며, 그 중 가장 큰 규모의 내막 구조인 소포체는 조면소포체와 활면소포체로 나뉜다.활면소포체와 조면소포체의 비율은 세포의 기능에 따라 달라진다. 정소, 소장, 뇌 등과 같이 지질 합성이 광범위하게 일어나는 곳의 세포에는 활면소포체의 비율이 높고, 항체 등을 분비하는 단백질을 생산하는 세포에서는 조면소포체의 비율이 높다.1) 조면소포체(RER, rough endoplasmic reticulum)리보솜이 표면에 자갈처럼 붙어있는 형태에 따라 붙여진 이름이다. 겉보기로는 편평하게 눌려진 주머니 형태를 하고 있으며 그 표면에 리보솜들이 부착되어 울퉁불퉁한 모양으로 보인다.조면소포체의 표면에서 합성되는 단백질은 세포외, 리소좀, 액포 또는 원형질막으로 운반된다. 이 단백질들은 우선 세포내강으로 들어가며 이후 분류되어 각자의 목적지로 수송된다. 이 과정에서 소낭(vesicle)과 골지체(Golgi apparatus)가 관여한다.2) 활면소포체(SER, smooth endoplasmic reticulum)소포체 부분 중 리보솜이 비교적 적게 부착되어 있는 부위를 말하며, 조면세포체와 달리 관 모양의 네트워크로 구성된다. 활면소포체의 막에는 다양한 효소들이 들어있고, 이 중에는 다양한 탄수화물 및 지질을 합성하는 효소들도 있다. 스테로이드 호르몬도 활면소포체에서 생산된다. 막 지질의 대부분이 활면소포체에서 만들어지며, 세포내의 막 성분이 필요한 곳으로 공급된다.또한 세포내에서 Ca2+를 저장하는 역할을 지니고 있다. 이는 세포질에서 이온의 농도를 낮추어 Ca2+를 신호전달 물질로 이용할 수 있게 해준다.4. 골지체(Golgi body, Golgi apparatus)납작한 모양의 막이 여러 층으로 겹체 이루어져 있으며, 서로 연결되어 있기도 한다. 골지체는 세포에서 합성된 물질을 모으고 포장하여 세포의 다른 부분, 또는 세포 밖으로 운반하는 기능을 담당한다.골지체에는 서로 다른 막 구성을 보이는 전면과 후면이 있다. 전면은 Cis면이라고 부르며, 소포체에 가까이 위치해 있다. 소포체에서 분리되어 나온 운반 소낭들이 Cis면으로 운반되어 서로 융합되면서 소낭 내의 성분들이 골지체로 들어오고, 내부 통로를 지나 Trans면이라 불리는 후면부에서 방출 소낭을 형성해 방출된다.소포체에서 생산된 단백질과 지질은 골지체를 통과하는 동안 변형되어 당단백질(glycoprotein) 및 당지질(glycolipid)이 만들어지기도 한다.5. 리소좀(lysosome)골지체로부터 나오며 단백질, 핵산, 지질 및 탄수화물을 분해할 수 있는 고농도의 분해효소들이 들어 있다. 진핵세포가 살아있는 동안 그 구성원을 분해하고 재활용하는 역할을 담당한다.리소좀 내의 분해 효소들은 산성 pH에서 최적의 활성을 보이며, 식균작용에 의해 만들어진 먹이 소낭이나 오래되거나 기능을 다한 세포소기관과의 융합을 통해 활성화된다. 이러한 융합에 의해 리소좀 막의 수소이온 펌프가 활성화되어 내부의 pH가 낮아지면 분해효소가 활성화되어 분해된다.6. 퍼옥시좀(peroxisome)세포의 중요 미소체로, 지방산의 산화에 필요한 효소들을 가지고 있다. 퍼옥시좀은 그 안의 산화효소의 작용에 의해서 과산화수소가 부산물로 생성되는 것 때문에 붙여진 이름이다.과산화수소는 강렬한 반응성 때문에 세포에 해를 끼칠 수 있으나 퍼옥시좀은 과산화수소를 물과 산소로 분해하는 카탈라아제(catalase)도 가지고 있다.7. 미토콘드리아(mitochondria)매끄러운 외막과 크리스테(cristae)라고 부르는 이중막으로 이루어진 내막을 지닌다. 내막의 표면과 막 내부에는 산화적 대사를 수행하는 단백질들이 있어 산소를 소비하면서 ATP를 생산한다.미토콘드리아는 자체의 DNA를 가지며, 이 DNA에는 산화적 대사에 필요한 단백질들을 지정하는 유전자들이 들어있다. 하지만 산화적 대사에 필요한 대부분의 단백질들은 여전히 핵의 유전자들로부터 만들어지기 때문에 완전히 독립적이라 볼 수 없다.8. 엽록체(chloroplast)식물세포 및 광합성을 수행할 수 있는 진핵생물의 세포에는 엽록체가 존재하며, 엽록체를 가진 생물들은 스스로 양분을 합성할 수 있으며, 엽록체는 광합성 색소인 엽록소(chlorophyll)를 지니고 있기 때문에 대부분의 식물이 녹색을 띠도록 한다.
도체 판에 전류를 흐르게 하여, 그 위에 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위선에 관한 성 질을 이해한다. 2. 기본 원리 전위차를 가진 두 전극 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전 입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E=F/q로 정의 된다. 한편, 그 점의 전위 는 단위 전하당의 위치에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하가 있는 점을 중심으로 하는 바사선이며(그림 2.3.1(a)참조), 등전위면은 점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. + 의 점전하와 -의 점전하가 공간에 놓여 있을 때는 그림 2.3.1(b)와 같은 전기력선과 등전위 면을 그릴 수 있다.
2.2 옴의 법칙1. 실험목적저항체와 기전력으로 구성된 회로에 걸리는 전압과 이 회로에 흐르는 전류를 전압계와 전류계로 측정하여 Ohm의 법칙을 확인한다.2. 이론 및 원리Ohm은 금속도선에서 전압과 전류를 측정하여 그들 사이의 비례 관계를 알아내었다. 이와 같은 전류와 전압의 직선적인 비례관계를 Ohm의 법칙이라 한다. 따라서 어느 저항체에 걸리는 전압V와 이에 흐르는 전류I 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다.R= {V} over {I} (1)여기에서R은 그 저항체의 저항이다. 그 단위는 V/A이며, 이것을 Ω이라 한다. 전압V가 일정할 때R이 클수록 전류I가 작아지므로R은 전류의 흐름을 방해하는 요소인 전기 저항이다. 보다 일반적인 관점에서 기술하면 전압대신에 전기장 쓸 수 있다. 이때 전류I 대신에 전류밀도J를, 저항R 대신에 비저항rho 을 쓰게 되며 다음 식과 같이 표현된다.rho = {E} over {J} (2)E와J의 SI단위는 각각 V/m, A/m{} ^{2}이므로rho 의 SI 단위는 Ω?m이다.회로 내에서 저항체는 한 개만을 쓰기도 하고, 여러 개를 연결하여 사용하기도 한다. 가장 흔히 볼 수 있는 예로는 저항체를 한 줄로 연결한 직렬연결, 저항체를 나란히 연결한 병렬연결, 그리고 직렬과 병렬을 섞어서 연결한 혼합 연결 등이 있다. 직렬연결에서의 합성 저항은R _{P} =R _{1} +R _{2} +r _{3} `...... (3)이고, 병렬연결에서의 합성 저항은{1} over {R} = {1} over {R _{1}} + {1} over {R _{2}} + {1} over {R _{3}} (4)3. 실험기구 및 장치?Ohm의 법칙 실험장치 SG-6108그림 2.2.1?직류전원공급장치 SG-P303D?직류전압계SG-6178(3/15/300V) 또는 멀티미터,?직류전류계SG-6176(50/500/5000mA) 또는 멀티미터?연결선4. 실험방법그림 2.2.2 OHM의 법칙 실험 연결방법A. 전류에 따른 전압의 변화 - 저항이 일정한 경우① 그림 1과 같이 Ohm의 법칙 실험장치에 직류전류계, 직류전압계, 직류전원공급장치를 연결한다.② 연결선을 이용하여 100Ω의 저항 값에 연결한다(이때 H단자를 옮겨가면서 원하는 저항 값에 연결하고, 반대편 단자는 고정되어 있어야 한다).③ 전원스위치S _{1}을 on으로 하고S _{2}를 off로 한 다음 직류전원공급장치를 이용하여 1V의 전압을 공급한다.④ 직류전원공급장치의 출력전압을 5V까지 1V단위로 조정하여 회로에 가해지는 전류를 변화시키면서 그때의 전류와 전압을 측정한다.⑤ 측정한 값으로부터 전류-전압 그래프를 그리고, 저항이 일정한가를 확인한다.B. 저항에 따른 전류의 변화 - 전압이 일정한 경우① Ohm의 법칙 실험장치에 직류전류계, 직류전압계, 직류전원공급장치를 연결한다.② 전원스위치S _{1}을 on으로 하고S _{2}를 off로 한 다음 직류전원공급장치를 이용하여 전원 을 5V로 일정하게 공급한다.③ 연결선을 10Ω단자에 연결하고 이때의 전류 값을 읽고 기록한다.④ H단자를 20Ω에 옮겨 연결하고 전류 값을 기록한다. 이와 같은 방법으로 100Ω까지 측 정하고 다시 10Ω씩 줄여가면서 측정한다.⑤ 측정한 값으로부터 전류-저항의 그래프를 그리고, 전압이 일정한가를 확인한다.① Ohm의 법칙 실험장치에 직류전류계, 직류전압계, 직류전원공급장치를 연결한다.② 전원스위치S _{1}을 on으로 하고S _{2}를 on으로 한 다음 직류전원공급장치를 이용하여 전 압 5V를 공급한다.③ 연결선을 이용하여 고정저항을 100Ω으로 하고, 가변저항을 최대치(100Ω)로 조정한 후 이때의 전압, 전류, 고정 저항 값을 읽고 기록한다.④ 측정된 값으로부터 저항의 병렬연결에서의 미지저항R _{X}값을 계산해 낸다.⑤R _{X}단자에 테스터기를 연결하여 가변 저항 값을 기록한다.(이때 스위치S _{1}은 Off로 하 고, 고정저항 연결선은 제거된 상채이어야 한다)⑥ 계산결과 나온 가변저항의R _{X}값과 테스터기로 측정한R _{X}값(이론값)의 오차를 산출한다.⑦ 가변저항을 변화시켜 위의 실험을 반복한다.그림 2.2.3 병렬 회로도5. 실험 결과※ 직렬 회로A. 전류에 따른 전압의 변화 ? 저항 일정저항100Ω전압1V2V3V4V5V전류9㎃17㎃25㎃35㎃43㎃계산된 저항111.1Ω117.6Ω120Ω114.3Ω116.3Ω오차11.1%17.6%20%14.3%16.3%(오차평균 : 15.9%)B. 저항에 다른 전류의 변화 ? 전압 일정전압5 V저항20Ω40Ω60Ω80Ω100Ω전류255㎃130㎃90㎃60㎃50㎃계산된 전압5.1V5.2V5.4V4.8V5V오차2%4%8%-4%0(오차평균 : 2%)※ 병렬 회로고정저항R2100 Ω전압5V전류290㎃160㎃130㎃110㎃100㎃전체저항17.24Ω31.3Ω38.5Ω45.5Ω50Ω가변저항 측정값20Ω40Ω60Ω80Ω100Ω가변저항 계산값20.8Ω45.5Ω62.6Ω83.3Ω100Ω오차4%13.75%4.33%4.13%0(오차평균 : 5.24%)6. 토의이번 실험은 전기에서 가장 기본이 되는 옴의 법칙을 시험해보는 실험이었다. 옴의 법칙이란 도체에서 전류는 걸린 전압에 비례한다는 것을 설명한 법칙으로 전류는 전압에 비례하며 이 비율은 일정하여 저항으로 나타낸다는 것을 설명한 법칙이다. R=V/I 식에 의해 저항의 SI단위는 암페어당 전압으로 옴(Ω)이다. 계곡에 비유하여 쉽게 생각해보면 전압은 물의 경사도라고 생각하고 저항은 바위 같은 장애물이라 생각했을 때 경사도를 증가하면 물의 흐름이 증가하듯이 전압을 증가시키면 전류가 증가하고, 장애물이 많으면 물의 흐름이 줄어들 듯이 저항이 증가하면 전류가 감소할거란 것을 알 수 있다. 도체내의 저항은 자유전자와 도체 내부의 원자들 사이 충돌에 의한 것으로 물질마다 특성에 따라 특정 값을 갖는다. 금속을 포함한 대부분의 물질은 넓은 범위의 전압, 전류에서 저항은 일정하다. 이러한 물질을 옴성 물질이라 하고 전압 전류 값에 의해 저항이 바뀌는 물질은 비옴성 물질이라 한다.이번 실험에서는 저항이 일정한 옴성 물질을 사용하여 실험하였으므로 옴의 법칙 공식에 따라 전압, 전류, 저항 값 중 두 개의 값을 알면 나머지 값을 계산할 수 있었다. 첫 번째 실험에서는 저항을 일정하게 100Ω으로 유지하고 전압을 1V에서 5V까지 변화를 주며 전류 값을 측정하였다. 변화시켜준 전압 값과 그에 따라 측정한 전류 값을 바탕으로 옴의 법칙을 적용하여 저항의 이론값을 계산하고 고정해놨던 저항 값과 비교해본 결과 생각보다 큰 오차가 발생하였다. 하지만 전압에 변화에 따라 계산된 저항이 평균값 115.9Ω로 실험장치 외부에 표시되어있는 100Ω보다 상당히 컸는데 이는 전류를 측정하려고 연결해 놓은 전류계의 저항이 합성되어 나온 결과이거나 내부 회로의 도선의 저항이 합산되어 이런 결과가 나온 듯하다. 또한 디지털 멀티미터가 아닌 아날로그 전류계 전압계를 사용하여 정확하게 값을 읽는데 한계가 있었다.병렬회로 실험에서는 고정저항을 100Ω 전압을 5V로 설정하고 병렬 연결된 가변저항을 20Ω에서 100Ω까지 변화시키면서 측정하였는데 평균 5.24%의 오차가 발생하였고 이러한 오차 값의 발생원인도 위 실험과 같은 전류계의 저항이 합성되었던 게 아닌가 추측된다. 그리고 실험시 멀티미터로 실제 가변저항 값을 측정한 뒤 계산 값과 비교를 하였어야 했는데 멀티미터가 없어 가변저항 각도에 따라 저항 값을 임의로 결정할 수밖에 없었는데, 자료를 찾아본 결과 가변저항은 각도에 따라 저항 값이 선형적으로 변하는 B형과 비선형적으로 변하는 A형 C형이 있다. 실험에서 사용된 가변저항이 B형이 아닌 A형, C형이었다면 더 큰 오차가 생겼을 것이다. 보통 B형은 회로 중 저항 값을 설정하여 조정하는데 사용되고, A형 같은 경우 인간은 작은 소리의 변화는 잘 인지하지만 큰소리의 변화는 잘 인지하지 못하는 사실 때문에 음량조절 등에 많이 쓰인다고 한다. C형은 처음에는 저항 값이 급격히 변하다 나중에는 완만히 변하는 저항으로 특수용도에 쓰인다고 한다.
3.2 굴절(꺾임)실험1. 실험목적빛의 굴절(꺾임)현상을 관찰하고 이를 이해한다.2. 이론 및 원리투명한 물질속에서 직진하던 빛이 성질이 다른 물질을 만나면 두 물질의 경계면에서 일부분은 반사하여 되돌아오고, 일부분은 다른 물질속으로 들어간다. 한 물질에서 다른 물질로 빛이 들어갈 때, 두 물질의 경계면에서 빛의 나가던 방향이 꺾이는 현상이 나타나는데, 이를 빛의 굴절(꺾임)이라고 부른다. 이는 두 물질속에서 빛이 달려가는 빠르기에 차이가 있기 때문이다. 가령 여러분이 옆으로 나란히 옆줄을 지어 달리고 있을 때, 한쪽의 달리는 빠르기와 다른 쪽의 빠르기가 다르다면 옆줄이 틀어지는 것을 경험했을 것이다. 물결이 옆줄을 지어 물위를 퍼져 나아가듯이 빛도 옆줄을 지어 공기속이나 투명한 물질속을 달려간다. 따라서 빠르기가 다른 두 물질의 경계면을 빛이 통과할 때 달려가는 옆줄의 모든 부분이 동시에 경계면에 닿으면 꺾이지 않고 빠르기만 변하여 나간다. 그러나 옆줄의 한 쪽 끝이 다른쪽보다 먼저 경계면에 도달하면 빛이 나가던 방향이 꺾이게 된다. 들어가는 빛을 입사빛이라 하고 나가는 빛을 굴절(꺾임)빛이라 한다. 입사각은 경계면에 수직인 선(법선)에서부터 입사빛까지 잰 각이고 굴절(꺾임)각은 경계면에 수직인 선에서부터 굴적(꺾임)빛까지 샌 각으로 정한다. 또는 입사빛의 옆줄과 경계면이 이루는 각이 입사각이고, 꺾이는 빛의 옆줄과 경계면이 이루는 각이 굴절(꺾임)각이 된다.입사하는 쪽에 있는 물질이 굴절율과 입사각이 n1, θ1이고, 빛이 꺾여 나가는 쪽에 있는 물질이 굴절율과 굴절각이 n2, θ2라할 때, 다음 관계식이 성립한다.n1sinθ1 = n2sinθ2이 식을 스넬의 굴절법칙이라고 한다.3. 실험기구 및 장치광선판, 레이저 1개, 반원통형 렌즈(투명플라스틱)4. 실험방법1. 90-90선과 반원통형 렌즈 평면이 일치하도록 정렬한다.2. 레이저를 켜고 조사된 광선이 광선판의 0-0 중심선을 따라 진행하도록 정렬한다. 경계 면에서 꺾인 빛이 0-0선을 따라 진행되도록 레이저를 미세하게 조정한다.3. 레이저를 반시계방향으로 20도 이동시키고 광선판의 각도선(20도)을 따라 광선이 진행 하도록 정렬한 후 입사각과 구절(꺾임)각을 측정하여 표에 기록한다.4. 입사각을 증가시키면서 국절(꺾임)각을 측정하여 기록한다.5. 실험결과횟수입사각굴절각굴절률(n2)100°22013°1.52034026°1.46646036°1.5016. 토의반원통형 렌즈와 레이저를 이용하여 빛의 굴절 현상을 실험해보았다. 일상적인 경험에서 알 수 있듯이 원래 빛이라 함은 일반적인 상황에서 직선으로 움직인다. 하지만 서로 다른 물질의 경계면을 만나게 되면 그 경계면에서 반사되거나 경계면의 다른 쪽 매질로 투과를 하게된다. 또는 부분적으로 두 가지 모두 일어난다. 이번 실험에서도 굴절현상을 관찰하고자 하는 실험이었지만 두 가지 현상을 모두 관찰 할 수 있었다.우선 이번 실험의 목적인 굴절현상에 대해서 먼저 생각해보면, 투명한 매질에서 진행하던 광선이 또 다른 투명한 매질의 경계면을 만나면 일부는 반사되고 일부는 경계면을 투과하여 꺾이게 된다. 이때 꺾이는 현상을 굴절이라 한다. 굴절각은 경계면에 수직인 직선인 법선을 기준한 각도이다. 굴절각은 빛의 입사각과 두 매질의 성질에 따라 결정되며,{sin theta _{1}} over {sin theta _{2}} = {v _{1}} over {v _{2}}의 관계를 갖는다.실험에서도 입사각에 따라 비슷한 비율로 굴절각이 측정되는 것을 관찰할 수 있었다. 이를 통해 각 매질에서 빛의 속도가 다르다는 것을 알 수 있었다. 각 매질에서 빛의 속도가 달라지는 이유는 매질을 통과할 때 진동수는 변하지 않지만 빛의 파장이 변하기 때문이다. 속도와 진동수, 파장의 관계식v=f lambda 에 따라 진동수가 일정하므로 빛의 파장이 짧아지면 이에 따라 빛의 속도도 느려지게 된다.굴절률(n)의 정의는n= {c} over {v} = {진공에서``빛의`속력} over {매질에서`빛의`속력}이고 빛은 진공에서 가장 빠르므로 굴절률은 항상 1보다 크거나 같으며, 진공에서 1로 가장 작다. 위의 굴절각과 속도의 관계식에 굴절률의 정의에서 유도한 식,v= {c} over {n}을 대입해보면{sin theta _{1}} over {sin theta _{2}} = {v _{1}} over {v _{2}} = {{c} over {n _{1}}} over {{c} over {n _{2}}} = {n _{2}} over {n _{1}}따라서,n _{1} sin theta _{1} =n _{2} sin theta _{2}라는 관계식을 구할 수 있었다. 이를 통해 스넬의 굴절법칙이 성립함을 확인하였다.또한 유도과정에서 생각했던 것을 역으로 생각하면 빛이 입사각보다 작은 각도로 굴절될수록 그 매질에서 빛의 속력은 더욱 느려짐을 알 수 있고 반대로 굴절각이 입사각보다 큰 각도로 굴절될수록 그 매질에서 빛의 속력은 더욱 빨라짐을 알 수 있다.굴절에 대해 자료를 더 찾아본 결과 큰 굴절률을 가진 매질로부터 작은 굴절률을 가진 매질로 빛이 진행할 때, 다시 말해 빛의 속력이 느린 매질에서 속력이 빠른 매질로 진행할 때 입사각보다 큰 각도로 굴절이 일어나게 되는데 일정한 각도가 되면 굴절각은 90°가 되고 이 임계각을 넘어가면 모든 빛은 반사하게 된다. 이 현상을 내부전반사라 하며, 세공한 다이아몬드가 현란하게 반짝거리는 것 역시 내부전반사 때문이다. 또한 내부전반사 원리를 이용하여 투명한 플라스틱 막대를 사용하여 빛은 한 곳에서 다른 곳으로 전달할 수 있다. 이 기술은 의료영역에서는 내시경, 통신영역에서도 광섬유를 사용한 케이블 등에 활용된다한다.
2.1 키르히호프의 법칙1. 실험목적여러 개의 고리로 된 회로에서 흐르는 전류와 전압을 계산하고 키르히호프의 법칙을 이해한다.2. 이론 및 원리여러 개의 전기 저항과 전원이 연결된 복잡한 회로에서 각 부분을 흐르는 전류와 전압사이에는 다음과 같은 키르히호프의 법칙이 성립한다.그림 2.1.1제 1법칙 : 전류가 흐르고 있는 여러 개의 회로가 한 점에서 만날 때 이 점에 흘러 들어오는 전류의 총 합은 그 점에서 나가는 전류의 총 합과 같다.그림 2.1.1에서B점으로 들어오는 전류는I _{1} ,I _{2}이고, 흘러 나가는 전류는I _{3}이므로 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.I _{1} +I _{2} =I _{3} (1)이것은 전기 회로에서 전류가 흐를 때 전하가 보존됨을 나타낸다.제 2법칙 : 임의의 닫힌회로에서 그 회로에 있는 전지의 기전력의 대수합은 그 회로에 있는 저항에 의한 전압강하의 대수합과 같다.그림 2.1.1의 전기회로는 두 개의 닫힌회로로 나누어 생각할 수 있다. 두 개의 회로는 다음과 같은 관계가 성립한다.닫힌회로 ABDA에서E _{1} =I _{1} R _{1} +I _{3} R _{3} (2)닫힌회로 CBDC에서E _{2} =I _{2} R _{2} +I _{2} R _{2} (3)이것은 전기회로에서 전지의 기전력이 공급한 에너지와 저항에서 소비한 에너지는 서로 같아야 한다는 것을 의미한다.또한 폐회로 내에서 모든 기전력 E의 대수적인 합은 동일한 폐회로 내의 모든 저항에서의 전압 강하(IR)의 대수적인 합과 같다. 즉,E _{i} =I _{i} R _{i} (4)이다. 이는 에너지 보존의 법칙에 해당한다.본 실험 장치는 Mono 오디오 잭을 이용하여 플러그를 연결했을 때 전류계(검류계)를 통과하여 흐르고 플러그를 연결하지 않았을 때는 회로도와 같이 연결되어 있는 상태이다. 배터리의 극성에 의해 극성이 반대로 나올 수 있으므로 이 점에 주의하여 키르히호프의 법칙을 실험한다.3. 실험기구 및 장치*키르히호프의 법칙 실험기(SG-6.1.3과 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 색깔저항을 골라 각각의 자리에 연결한 다. 저항 값은 아래에 주어진 표를 참조하여 계산한다.② 회로에서 들어오는 전류 B와 흘러 나가는 전류 C에 전류계를 연결하여 각 점에서의 전 류를 기록하고, 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지확인한다(제1법칙). D 및 F점에서도 같은 실험을 반복한다.③R _{2}및R _{3}의 저항 값을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해서 키 르히호프 제 2법칙을 확인한다.I _{2}=I _{3}R _{2}I _{2}+R _{3}I _{3}=E _{2} 위의 두식을I _{2},I _{3}에 대하여 연립하여 풀면 다음과 같다.I _{2}={E _{2}} over {R _{2} +R _{3}}I _{3}={E _{2}} over {R _{2} +R _{3}} 과정②에서 측정한 전류 I값과 위의 식으로 계산한 I값이 같다면 키르히호프 제2법칙이 성립하는 것이 된다.B. 키르히호프의 법칙 (회로2)그림2.1.4 회로2① 그림2.1.4와 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 모르는 색깔저항을 골라 각각의 자리에 연결한다. 저항 값은 아래에 주어진 표를 참조하여 계산한다.② 회로에서 들어오는 전류 B와 흘러나가는 전류 A에 전류계를 연결하여 각 점에서의 전 류를 기록하고, 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지 확인한다(제1법칙). E 및 F점에 서도 같은 실험을 반복한다.③R _{1} 및R _{2}의 저항 값을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해서 키르히호프 제 2법칙을 확인한다.I _{1}=I _{2}I _{1}R _{1}+I _{2} R _{2 _{}}=E _{1} +E _{2} 위의 두 식을I _{1},I _{2}에 대하여 연립하여 풀면 다음과 같다.I _{1}={E _{1} +E _{2}} over {R _{1} +R _{eqalign{2#}}}I _{2} ={E _{1} +E _{2}} over {R _{1} +R _{eqalign{2#}}}과는 색깔저항을 골라 각각의 자리에 연결한다. 저항 값은 아래에 주어진 표를 참조하여 계산한다.? 회로에서 들어오는 전류A,B와 흘러나가는 전류C의 값을 기록하고 들어오는 전류 와 나가는 전류가 같은지 확인한다(제1법칙).D,E및F점에서도 같은 실험을 반복한다.?R _{1},R _{2} 및R _{3}의 저항 갑을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해 서 키르히호프 제 2법칙을 확인한다. 위의 회로에서는 두 회로로 나누어 생각할 수 있다.I _{1} +I _{2} =I _{3}I _{1} R _{2} +I _{3} R _{3} =E _{1} (왼쪽 회로)I _{2} R _{2} +I _{3} R _{3} =E _{2} (오른쪽 회로)위의 식을 연립해서 풀면I _{1},I _{2},I _{3}는 다음과 같이 구해진다.I _{1} = {E _{1} R _{2} +E _{1} R _{3} -E _{2} R _{3}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}}I _{2} = {R _{1} E _{2} -R _{3} E _{1} +R _{3} E _{2}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}}I _{3} = {R _{1} E _{2} +R _{2} E _{1}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}} 과정?에서 측정한 전류I값과 위의 식으로 계산한I값이 같다면 키르히호프 제 2법칙이 성립하는 것이 된다.D. 키르히호프의 법칙 (회로 4)그림 2.1.6 회로4? 그림 2.1.6과 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 모르는 색깔저항을 골라 각각의 자리에 연결한다. 저항 값은 아래에 주어진 표를 참조하여 계산한다.? 회로에서 들어오는 전류B와 흘러나가는 전류A,`C의 값을 기록하고 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지 확인한다(제 1법칙).D,`E 및F점에서도 같은 실험을 반복한다.?R _{1},R _{2#I _{1} R _{1} +I _{2} R _{2} =E _{1} +E _{2} ```(바깥쪽``회로)#I _{2} R _{2} +I _{3} R _{3} =E _{2} ``(안쪽의`오른쪽`회로)위의 식을 연립해서 풀면I _{1`} ,`I _{2} `,`I _{3}는 다음과 같이 구해진다.I _{1} = {E _{1} R _{2} +E _{1} R _{3} +E _{2} R _{3}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}}#I _{2} = {E _{1} R _{2} +E _{1} R _{3} +E _{3} R _{2}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}}#I _{3} = {R _{1} E _{3} -R _{3} E _{1}} over {R _{1} R _{2} +R _{2} R _{3} +R _{3} R _{1}}과정②에서 측정한 전류I 값과 위의 식으로 계산한I 값이 같다면 키르히호프 제2법칙이 성립하는 것이 된다.5. 실험 결과A. 회로1측정값I _{1} ( mu A)I _{2} ( mu A)9 mu ALPHAI _{3} ( mu A)9 mu ALPHA고유값R _{1} ( OMEGA )R _{2} ( OMEGA )100k OMEGAR _{3} ( OMEGA )68k OMEGA계산값E _{1} (V)E _{2} (V)1.512V이론값I _{1}이론I _{2}이론8.93 mu ALPHAI _{3}이론8.93 mu ALPHA오차I _{1} (%)I _{2} (%)0.784%I _{3} (%)0.784%B. 회로2측정값I _{1} ( mu A)15 mu ALPHAI _{2} ( mu A)15 mu ALPHAI _{3} ( mu A)고유값R _{1} ( OMEGA )100k OMEGAR _{2} ( OMEGA )100k OMEGAR _{3} ( OMEGA )계산값E _{1} (V)E _{1} +E _{2}#`=3VE _{2} (V)이론값I _{1}이론I _{ ALPHAI _{3} ( mu A)12 mu ALPHA고유값R _{1} ( OMEGA )100k OMEGAR _{2} ( OMEGA )100k OMEGAR _{3} ( OMEGA )68k OMEGA계산값E _{1} (V)1.416VE _{2} (V)1.416V이론값I _{1}이론6.36 mu ALPHAI _{2}이론6.36 mu ALPHAI _{3}이론12.71 mu ALPHA오차I _{1} (%)-5.66%I _{2} (%)-5.66%I _{3} (%)-5.59%D. 회로4측정값I _{1} ( mu A)15 mu ALPHAI _{2} ( mu A)15 mu ALPHAI _{3} ( mu A)0 mu ALPHA고유값R _{1} ( OMEGA )100k OMEGAR _{2} ( OMEGA )100k OMEGAR _{3} ( OMEGA )68k OMEGA계산값E _{1} (V)1.5VE _{2} (V)1.5V이론값I _{1}이론15 mu ALPHAI _{2}이론15 mu ALPHAI _{3}이론0 mu ALPHA오차I _{1} (%)0%I _{2} (%)0%I _{3} (%)0%6.토의이번실험에서는 회로에서 계산할 때 자주 사용했던 키르히호프의 법칙을 직접 실험해보았다. 키르히호프의 법칙은 복잡한 회로를 분석하는데 유용하다. 상식적으로도 이해하기 쉬운 법칙인데, 제 1법칙은 임의의 교차점으로 들어가는 전류의 전체 합은 그 점에서 나오는 전류의 전체 합과 같아야 한다는 교차점의 법칙으로 전하의 보존에 관해 설명한 법칙이다. 제 2법칙은 폐회로 내에 있는 모든 소자들의 전위차 합은 0이 되어야 한다는 고리 법칙으로 에너지 보존의 원리와 같다. 제 1법칙을 보면 어떠한 점으로 전류가 흘러들어 가면 반드시 그 점에서 나와야 한다는 것을 설명한다. 이는 전하가 그 점에서 새로 생성되거나 소멸되지 않는다는 사실을 생각하면 당연하다. 고리 법칙 또한 전압을 일종의 위치에너지로 생각하고 기전력원 다시 말해 전지를 지날 때는 그 값만큼 위치에너지가 증가하고 저항을 지날 때는 그.
