관의 공명 측정 장치1.실험 목적Tube안에서 일정한 주파수를 가진 음파가 진행해나갈 때 관의 길이에 따른 음파의 공명현상을 관찰하고, 공명현상이 일어날 때의 정상파의 모양을 관찰하며 이를 이용해 공기 중에서의 음속을 측정한다.2.실험 이론? 음이란 무엇인가?우리가 살고 있는 지구상에는 공기압이 존재하고 있다. 음파란 음원에서 발생한 진동이 공기압의 주기적인 변화를 일으켜서 조밀파의 형태로 전파되는 현상을 말한다. 이것의 예로서 큰 우퍼 스피커를 들 수 있는데, 입력 신호에 따라서 스피커의 진동막이 앞뒤로 크게 떨리는 현상을 볼 수 있다. 이때, 스피커의 진동막이 앞으로 움직이면 스피커 가까이에 있는 공기는 압축되고, 뒤로 움직이면 팽창된다.그림 1. 음파의 발생 원리이와 같이 공기의 탄성적인 성질에 의해서 발생하는 매질의 상태변화가 교류적인 물결로 주위에 전달된다고 해서 음을 탄성파 또는 조밀파라고 부르고 있다. 그림1과 같이 공기압력이 변화하면 음파가 형성된다. 그러나 공기압력이 항상 일정하다면 매우 조용한 상태를 유지하게 된다. 따라서 공기가 전혀 없는 진공상태에서는 음파가 존재할 수 없다.이러한 음은 음파의 상태와 진도에 따라서 통상 두 가지로 분류할 수 있는데1. 음, 그 자체만을 다루는 물리학적인 것2. 음이 인간의 귀에 도달하여 생리적 또는 심리적으로 작용하는 것으로 나눌 수 있다.여기서 전자를 음파(Sound Wave) 또는 음향(Acoustic)이라고 부르며, 후자를 단순히 음(Sound)라고 부르며 구별한다.? 음파파동에는 종파(longitudinal wave)와 횡파(transverse wave)가 있는데 음파는 이중에서 진동방향과 이동방향이 같은 종파이다. 또한 음파는 매질속에서 밀함과 소함을 반복하면서 진행해 나간다.? 정상파란진폭과 진동수가 같은 두 파동이 서로 반대방향으로 진행하여 중첩되어 나타나는 모습을 보면 마치 파동이 이동하지 않고 제자리에서 진동하는 것처럼 보인다. 중첩된 이러한 파동을 정상파라고 한다. 정상파를 보면 진동하지 않는 점(이 점들을 마디(node)라고 한다.)들이 있는 가하면 진폭이 두 배가 되는 점(이 점들을 배(antinode)라고 한다.)들이 있다. 파동이 다른 매질을 만났을 때 그 경계면에서 반사율이 좋으면(반사파의 진폭이 입사파의 진폭과 거의 같으면 ) 입사파와 반사파가 중첩되어 정상파가 생긴다. 이 때 경계면이 고정 단이면 그 경계면에서 입사파와 반사파의 위상이 서로 반대(또는 180도)가 된다. 즉, 중첩의 원리에의 경계면에서입사파와 반사파는 상쇄되어 그 곳에서는 정상파의 마디가 생긴다. 그러나 경계면이 자유단이라고 하면 입사파와 반사파의 위상이 같아 중첩될 때 진폭이 두배가 되어 진동하게 된다. 즉 경계면에서는 정상파의 배가 생기게 되는 것이다. 여기서 배는 정상파에서 진폭이 최대와 최소로 진동하는 부분이며, 마디는 진동이 없이 고정되어 있는 부분이다. 열린 관에서는 끝부분이 배가 되어야 하며, 막힌 관에서는 끝부분은 더 이상 이동할 곳이 없으므로 마디가 되어야 한다.관속에서 음파는 양쪽 끝을 오가면서 여러 번 반사되고 반사되는 동안 서로 중첩되어 일반적으로는 작은 진폭을 보일 것이다. 하지만 모든 반사파가 같은 위상을 가지고 있을 때 최대 진폭을 갖게 된다. 이때의 주파수를 공명주파수라고 한다. 막힌 관과 열린 관에서의 각각의 공명조건은이론적으로는 위의 그림과 같으나 실험적으로는 관의 끝에 정확히 배나 마디가 만들어지지 않는다. 그 이유는 관의 끝부분에서 음파의 행동이 관의 직경, 그리고 주파수와 관련이 있기 때문이다. 그래서 이 오차를 보정해 주어야 한다.즉, 위의 공명조건은 실험적으로 바뀌어보면여기서 d는 관의 직경이다.음파의 진행속도는 매질에 종류에 따라 그 값이 다르게 나타난다. 다음의 표에서 매질에 따른 음속의 변화를 알 수 있다.이론적으로 공기중에서 이론적인 음파의 속도는 다음과 같다.위의 공명조건에서 구한 파장과 컴퓨터상에서 조절해준 주파수로부터 음속을 구할 수 있다. 즉,3.실험기구관의 공명 장치, 소형 마이크, 오실로스코프, 음파 발전기4. 실험방법①반사 판의 초기 위치를 마이크에서 가장 먼 곳에 위치 시켜라.②음파의 주파수를 100Hz로 조절하여 음파를 공명 관 안에 보내 주어라.③관에 뚫여 있는 구멍은 모두 막은 상태에서 반사판의 위치를 마이크 쪽으로 천천히 이동시키면 음파가 가장 크게 들리는 위치가 있다. 그 위치에 반사판을 고정 시켜라.④오실로스코프를 잘 조절 하여 출력 파형을 잘 볼 수 있도록 하여라.⑤마이크를 반사 판 가까이에서 시작하여 반사 판으로부터 멀리 움직이면 오실로스코프의 출력 파형이 증가하다가 감소하다 위치와 감소하다가 증가하는 위치를 모두 찾아서 표2에 기록 하여라.⑥관에 뚫려 있는 구멍은 모두 열어놓은 상태에서 위의 실험 반복하여라.⑦음파의 주파수를 증가 시킨 후 ①~⑤단계를 반복하여라.⑧측정한 값들로부터 파장을 구하고 , 주파수와 파장을 이용하여 음파의 속도를 측정하여라.5.실험 중 주의 사항①공명?관을?받침대에?연결?할?때에?마개와?반드시?붙어야?합니다.?조금이라도?틈이?생기면?정확한?값을??구할?수?없습니다.②마이크로폰을?사용할?때에는?전선이?단선?되지?않도록??특별히?조심하여?다루어야?합니다.
분산- 프리즘의 굴절률1. 분산 - 프리즘의 굴절률2. 실험목적분산현상을 이해하기 위하여 유리의 굴절율을 파장의 함수로 측정한다.3. 실험이론유리는 투과하는 빛의 파장이 길어지면 굴절율이 작아지는 정상분산의 성질을 갖는다. 그래서 프리즘에 빛을 통과시키면 굴절률이 상대적으로 작은 붉은 빛이 덜 굴절되고, 굴절률이 큰 보랏빛이 더 크게 굴절된다. 프리즘의 굴절율은 다음식과 같이 프리즘의 꼭지각과 최소편이각을 알면 구할 수 있다. 여기서 최소편이각은 그림과 같이 프리즘 내부를 지나는 광선이 프리즘의 바닥면과 평행한 상태일 때, 원래 입사한 방향과 굴절되어 나가는 방향 사이의 각도를 말한다.그리고 프리즘의 분해능은로 주어지며, 여기서 g=프리즘 밑변의 길이이다.4.실험방법Spectrometer를 이용하여, 프리즘의 꼭지각과 최소 편이각을 측정하고, 파장에 따른 굴절율을 측정한다.1] 프리즘의 꼭지각 측정평행광선의 입사 방향으로 프리즘의 꼭지점이 향하도록 놓은 후, 프리즘의 양면에서 반사되는 가도를 Spectrometer로 읽는다. 두 값의 차를 반으로 나누면 꼭지각이 된다.2] 최소편이각 측정a) Spectrometer의 중앙에 프리즘을 놓지 않은 상태로 망원경의 화면 중앙에 광선이 오도록 망원경을 조정하고, 그때의 각도를 기록한다.b) 프리즘을 Spectrometer의 중앙에 비슴듬히 놓은 상태로 회전시키면 스펙트럼이 한방향으로 이동하다 다시 돌아오게 되는데, 반환점에서의 망원경 화면에 측정하려는 색의 광선이 위치하도록 하고, 그때의 각도를 기록한다. 이 각도와 원래 광선이 진행하는 방향의 각도의 차이가 최소편이각이다.5. 실험장치6.결과 및 분석-프리즘 꼭지각 60도보라색이 보이는 최소 편이각남색이 보이는 최소 편이각파란색이 보이는 최소 편이각청록색이 보이는 최소 편이각주황색이 보이는 최소 편이각빨간색이 보이는 최소 편이각※ 최소 편이각으로 굴절률 구하기- 보라색 굴절률- 남색 굴절률- 파란색 굴절률- 청록색 굴절률- 주황색 굴절률
쿨롱의 법칙1.실험 목적- 이 실험에서는 일정한 전하로 대전되어 있는 두 도체판 사이에 나타나는 힘을 여러 가지조건(거리,전압)에서 살펴봄으로서 쿨롱의 법칙을 간접적으로 확인해본다.2.실험 이론- 전하는 원자 속 핵 안에 있는 양성자와 핵 주위를 움직이는 전자의 고유한 성질이며, 양전하와 음전하의 두가지 형태만 있는 것으로 밝혀졌다. 양성자는 양전하를, 전자는 음전하를 갖는다. 여기서 전하가 움직이면 전류가 되고, 움직이지 않으면 정전하가 되는 것이다. 전하의 SI 단위는 쿨롱(C)이다. 쿨롱은 한 점, 혹은 어떤 한 영역을 시간(초)동안 통과하는 전하의 양이다.프랑스 물리학자 쿨롱이 비틀림저울을 사용한 실험에 의해 쿨롱의 법칙을 발견했다. 전하를 가진 두 물체 사이에는 힘이 작용하는데 전하의 종류가 같을 경우에는 서로를 밀어내는 척력이 작용하고, 전하의 종류가 다를 경우에는 서로를 끌어당기는 인력이 작용한다. 쿨롱의 법칙은 전하를 가진 두 물체 사이에 작용하는 힘에 대한 기본 법칙이다. 쿨롱의 법칙은 두 점전하 사이에 작용하는 정전기력의 크기가 두 전하의 곱에 비례하고 거리의 제곱에 반비례한다는 것이다. 이를 식으로 표현하게 되면여기서 k는 비례 상수이며(은 자유공간에서의 )유전율)이다. 유전율이 포함된 쿨롱의 법칙은이다. 쿨롱의 법칙은 뉴턴의 만유 인력 법칙과 상당히 유사하지만 두 법칙사이에는 차이가 있다. 거리 r만큼 떨어져 있는 두 점전하 사이에 인력이나 척력을 정전기력이라고 하는데 쿨롱의 법칙은 정전기력의 크기로 전하가 같은 부호를 가지는지 아닌지에 따라 인력 또는 척력이 될 수 있다. 하지만 만유 인력 법칙에서의 중력은 항상 인력이다.쿨롱의 법칙을 실험하기 위해서 축전기를 사용한다. 전원공급기와 전극판을 고압연결선으로 연결해 전원을 공급해 크기가 같고 부호가 반대인 전하를 축전지에 대전시킨다. 두 극판 사이에 전위차가 존재한다. 그리고 이 전위차는 축전기의 전하와 서로 비례해 식로 나타낼 수 있다. 여기서 축전기가 평행판이라면 전기용량 C는(A는 각 판의 내부 표면적이고, d는 두 판 사이의 간격)이다. 이 식을 보면 전기용량은 표면적에 비례하고 거리에 반비례함을 알 수 있다. 전기용량을 C, 전압을 V라고 할 때 충전된 전하량 Q는로 주어진다.으로부터로 축전기를 충전시키는 데 필요한 전체 일은이다. 축전기를 충전시킬 때 한 일은 축전기에 저장되는 위치에너지 U와 같으므로 U는다. 그러므로,, 또 힘 F는이므로 각 항에를 곱해 m이임을 알 수 있다. 따라서 우리는 질량의 변화량을 측정함으로써 쿨롱의 힘을 측정 할 수 있다. 이 실험에서는 지름이 각각 125mm(A=0.0123m²) 와 150mm(A=0.0177m²)인 평행판을 사용한다.3.실험기구측정용 베이스 : 마이크로미터 부착 (최대 25.5mm)Kilovolt DC/AC 전원공급기 (SG-7802D) : DC 0~15kV, AC6.3V고압연결선 : L=1000mm전극판 : 지름 125mm, 지름150mm4.실험방법① 먼저, 본 매뉴얼의 마지막 부분에 표기된 “사용시 주의사항”을 필독하도록 한다.② 쿨롱법칙 실험장치의 이동저지대에 지름 125mm상부 전극을 연결한다.③ 이동저지대의 마이크로미터를 돌려 눈금이 약 15mm가 되도록 조정한다.④ 디지털 저울의 전원책을 연결하고, 하부전극을 디지털 저울 위에 올려 놓는다. (디지털 저울은 전 원책을 사용해도 무방하지만, 배터리를 사용하기가 더 편리하다.)⑤디지털 저울의 수평조절나사를 사용하여 상부전극과 하부전극이 거의 맞닿도록 조절한다. 이때, 상부 전극과 하부 전극은 평행이 되어야 한다.⑥실험기구의 아래에 있는 수평조절 나사를 이용해 저울의 수명을 잡도록 한다.⑦저울의 전원을 켜고, Tare버튼을 눌러 영점 조절을 한다.( 이렇게 하면 무게의 변화량을 측정할 수 있다.)⑧상부 전극과 하부 전극을 전원공급기에 연결한다.(이때, 전원공급기의 전원은 Off상태가 되어야 한다.)⑨마이크로 미터를 돌려 상부 전극과 하부 전극이 맞닿는 위치를 읽고 기록한다. (마이크로 미터를 돌려 상부 전극과 하강시키면서 저울의 눈금을 관찰한다. 저울의 눈금이 변하기 시작하는 위치가 상부 전극과 하부 전극이 맞닿는 위치이다.)⑩.마이크로 미터를 돌려 맞닿은 위치에서부터 약 5mm정도 떨어지게 한 다음 전원 공급기의 전원을 켠다.⑪전압 1kv부터 10kv까지 서서히 올리면서 그 때 저울이 나타내는 값을 읽고 기록한다. (이때, 공기의 유전강도를 참고로 하여, 너무 높은 전압을 걸지 않도록 주의한다.)⑫두 전극판의 간격을 변화시키면서 앞의 실험을 반복한다.⑬이상의 데이터로부터 쿨롱 상수를 계산하고, 실험오차를 구한다.⑭지름 150mm의 전극판으로 바꾸어 실험을 반복한다.⑮저울에서 기록한 실험값(m)과 이론치(m)값을 비교하여 오차를 구한다.5.실험시 주의사항-고압을 다루는 실험이므로 감전사고에 주의한다.-전압을 걸어준 상태로 두 원판이 닿지 않도록 한다.-실험시에는 꼭 실험케이스의 뚜껑을 닫고 실험한다.
Current balance1.실험 목적균일한 외부 자기장 내에서 도선에 전류가 흐를때 전류도선이 받는 힘(자기력)을 측정하여 자기력, 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기의 관계를 살펴보고 전동기와 발전기의 원리를 이해한다.2.배경 이론1.전류천칭의 원리자기장 내에서 전류가 흐르는 도선은 보통 자기력이라고 불리는 힘을 받는다. 이 힘의 크기와 방향은 다음의 4 개의 변수, 즉, 전류의 크기(), 자기장 내의 도선의 길이(), 자기장의 세기(), 그리고 자기장과 도선이 이루는 각()에 의하여 결정된다. 이 자기력은 벡터 크로스 곱에 의해 다음과 같이 쓰여진다Fm 의 크기만을 표시하면m, 으로 주어진다.2.전동기의 원리아래의 그림과 같이 외부의 자석을 회전시키면 내부에 있는 도체 원통도 유도 전동기의 회전원리에 의해서 자석의 회전방향과 같은 방향으로 도는 현상을 이용한다.아래와 같이 자극 대신에 코일을 이용하면 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 두 코일의 감는 방향을 같은 방향으로 하면 마치 자석의 N극과 S극이 되어 여기에 교류 전원을 연결하면 자기장이 형성된다.그러나 단상 교류에 의한 교번 자기장은 생기지만, 일정 방향으로의 회전 자기장이 생기지 않기 때문에 자체적으로 기동하지 못한다. 따라서 단상 유도전동기는 먼저 일정 방향으로 기동 회전력을 주는 장치가 있어야한다.단상 유도 전동기의 회전자는 농형이고, 고정자 권선에 흐르는 단상 교류에 의한 자기장은 회전자기장이 아니므로 자체적으로 회전하지 못하여 특별한 장치로 기동시켜 주어야 한다. 이러한 기동 방식에 따라 분상 기동형, 반발 기동형, 셰이딩 코일형, 콘덴서 기동형 등으로 나뉜다.단상 유도 전동기는 약 400W이하의 소형 전동기, 즉 가정용 펌프, 선풍기, 진공 청소기, 냉장고, 세탁기 및 농업용 등으로 널리 쓰인다.3.실험 방법(1) 위의 [그림]과 같이 전체 실험장치를 구성한다. 측정하고자 하는 전류도선의 길이를 측정하여 값을 적고 도선지지대에 끼우고 스텐드에 고정한다.(2) 전자저울을 켜고 자석을 저울위에 올려놓는다. 전류도선을 자석의 간극 틈에 넣되 닿지 않도록 높이를 잘 조절하여 넣고 영점버튼(Tare button)을 누른다.☞ 전자저울은 칭량부분이 매우 민감하므로 충격이 가해지지 않도록 조심스럽게 다루어야 한다.(3) [그림] 와 같이 리드선으로 도선지지대 단자에 전원장치를 연결한다.[참고] 이 실험에서 전류도선이 받는 힘을 측정하기 위해 전자저울을 사용하고 우리는 작용하는 힘을 질량 값으로 읽어낼 것이다. 예를 들어 읽어낸 질량이 m(g) 이라면 F= mg 에 의해 힘을 구할 수 있다.(4) 전류의 변화에 따른 힘의 변화를 측정하기 위해 전류를 0.5A, 1A, 1.5A .... 5A 로 서서히 증가시켜 가며 힘을 측정하고 데이터를 기록한다. (힘은 dyne 단위로 기록)전류의 변화에 따른 자기력(Fm)의 변화 그래프를 그려보자. 전류와 자기력은 어떠한 관계에 있는가?[주 의]이 실험은 매우 낮은 전압(0.2V 정도)에서 많은 전류를 사용하므로 전원장치의 전압(전류)조절 다이알은 항상 왼쪽으로 모두 돌려놓은 상태(0V 위치)에서 조절을 시작하고, 다이알을 돌릴 때는 전류 계기를 주시하며 최대 5A 이내에서 매우 조심스럽게 돌리도록 한다.(5) 도선의 길이변화에 따른 힘을 측정하기 위해 도선의 길이를 자로 측정하여 기록한다. 이때, 도선의 길이에 해당하는 부분은 무엇일까? 도선내에서의 전류흐름과 자기장에 의해 힘이 작용하는 유효길이를 생각해 보자.[참고] 도선을 교체할때 도선지지대의 나사를 일일이 풀면 매우 번거롭고 자석내에서 도선의 위치가 불규칙해질수 있으므로 도선지지대의 커넥터(쇠붙이 부분; 위로 꺽이게 되있슴)만 들어올려서 도선을 교체할 수 있다)도선 각각의 길이에 대한 힘을 측정하고 데이타를 기록한다.4.실험 결과-실험에서의 주의 사항1. 전류를 최대 10A까지 밖에 줄 수없다.
프랑크 헤르츠 실험1.실험 목적1914년 프랑크와 헤르츠가 수은 기체에 전자를 충돌시켜서 수은의 에너지 상태가 양자화 되어 있는 것을 확인한 역사적인 실험을 재현한다. 본 실험을 통하여 에너지 준위와 여기에너지, 탄성충돌등의 개념을 익히고 원자가 양자화 되어 있는 모습을 거의 직접적으로 관찰한다.2.실험 이론1900년대에 들어와서 원자의 구조에 대한 연구가 활발하게 이루어 졌다. 원자 모델에 대한 여러가지 가설들이 제안되었고 바로 실험에 의하여 확인되었다. 1910년대 초반에 드디어 원자의 형상에 대한 실체를 잡을 수 있었다. 라더퍼드(Rutherford)에 의하여 실험적으로 규명된 원자의 모형은, 마치 태양계에서 태양을 중심으로 하여 여러 행성들이 돌고 있는 것처럼, 무겁고 양전하를 띄고 있는 원자핵을 중심으로 하여 전자가 돌고 있다는 것이다. 그러나 그 당시에 이미 완전히 정립되어 의심할 여지가 없는 전자기학 이론에 따르면 궤도를 돌고 있다는 전자는 안정된 상태로 존재할 수가 없어서 불과 10-7초 이내에 핵에 포획되어 버린다는 문제점이 생겼다.1913년 보어(Bohr)가 원자의 결합 상태에 대한 양자화 가설을 내놓아 이러한 문제점을 피해나갔고, 더우기 이전에 실험적으로 잘 알려졌던 원자의 방출, 흡수 스펙트럼에 대해 완전하게 설명을 할 수 있었던 것이다. 핵 주위를 돌고 있는 전자가 가질 수 있는 에너지는 연속적이 아닌 띄엄띄엄한 값이라는 결과는 지금까지의 고전론적인 사고방식에 일대 전환을 가져오게 하였다. 원자의 세계는 고전역학으로 설명을 할 수 없어서, 전혀 새로운 체계의 접근 방식이 필요하게 되었고 양자역학이 만들어 지게 된 것이다.보어의 원자 가설이 나온 1년후, 1914년 프랑크(Franck)와 헤르츠(Hertz)에 의하여 원자가 전자와 충돌할 때 특정한 양의 에너지만을 주고 받는 다는 사실이 발견되었다. 이 특정한 에너지는 바로 그 원자가 가지고 있는 스펙트럼의 관측으로 부터 얻어진 전자의 에너지 준위의 차이에 해당하는 것이 되어, 물질의 양자화에 대한 보다 직접적이고 확고한 증거가 되었다.그림 1. 프랑크-헤르츠의 실험장치 개략필라멘트를 가열하면 K(음극)에서 방출된 열전자는 G2(제 2 그리드)에 의해 가속되어 그 운동에너지가 증가하게 된다. 이 전자가 G2를 통과한후 P(양극)와의 역전압 V0에 의해 약간 감속되어 P에 흡수되는데 그 정도는 전류계의 전류를 측정하므로써 알 수 있다. G2에 걸리는 가속전압을 증가 시키면 더 많은 전자가 P에 도달하여 플레이트 전류는 증가한다. 만일 전자가 관속에 들어 있는 기체 원자와의 충돌에서 그 운동에너지가 원자의 내부에너지로 흡수되지 않는다면 전자의 질량이 원자의 질량에 비해서 월등히 작은 관계로 전자의 운동에너지는 거의 변화가 없을 것이다. 운동에너지를 거의 잃지 않기 때문에 전자의 운동방향이 바뀔 뿐으로 전류의 양에는 크게 변화가 없을 것이다. 그러나 그 충돌에서 에너지를 잃어버린다면 (전자의 운동에너지를 잃어버리는 경우 그 잃어버린 에너지는 당연히 원자에 흡수되고 이러한 충돌을 비탄성충돌이라 한다) 전류는 줄어들 것이다.관속에 들어 있는 원자는 바닥상태의 에너지로 부터 띄엄띄엄한 에너지준위를 갖고 있기 때문에 아무 값의 에너지나 흡수하여 여기되어지는 것이 아니고 에너지 준위의 차이에 해당하는 양만큼의 에너지를 가진 것을 만났을 때 그 에너지를 흡수하여 높은 에너지 상태로 올라간다. 이런 조건이 충족될 때 전자와 완전비탄성충돌을 하게 되어 전자의 모든 운동에너지를 빼앗게 된다.G2의 전압을 서서히 올려주어 G2 주위에서의 운동에너지가 마침내 원자의 첫번째 여기에너지로 되었을 때 그 지점에서 전자는 자기의 모든 에너지를 잃고 멈추게 될 것이다. 이런 조건이 되었을 때 전류계의 눈금은 급격하게 줄어 들게 된다. 그 전압을 초과하여 더 증가시키면 완전비탄성충돌이 일어나는 지점은 G2로부터 앞쪽으로 당겨진 곳이되어 그곳에서부터 전자는 G2에 이르는 동안 다시 가속된다. G2의 전압이 여기에너지의 두배가 될 때까지 또다시 전류는 증가하지만 두배가 되면 G2부근에서 두번째의 탄성충돌로 에너지를 잃어 버리기 때문에 두번째로 전류계 눈금이 줄어드는 것을 볼 수 있다. 이런 식으로 전압을 계속 증가시키면 세번째, 네번째 등에서도 같은 현상이 관측되어 이들로 부터 관속의 원자의 여기에너지를 구할 수 있다.관속에 넣을 수 있는 원자는 단원자 상태로 존재하는 것이어야 한다. 분자상태인 경우에는 전자가 충돌할 때 거의 연속적인 값의 에너지를 전달할 수 있기 때문에 양자화 효과를 관측할 수 없다. 그래서 보통 수은(Hg)이나 네온(Ne), 아르곤(Ar) 등을 쓴다.또한 이 장치로 원소의 이온화 에너지를 구할 수도 있다. 이온화란 최외각 전자를 잃어버리고 원자가 양의 전하를 띠는 경우를 말하는데 이 실험장치에서 Vo를 V값보다 크게 하여서 K에 비하여 P의 전위를 음이되도록 하면 P에는 어떠한 전자도 도달할 수 없고, 단지 이온화된 원자만이 양전하를 띠고 있기 때문에 P에 도달하게 된다. 이를 전류계의 눈금으로 관측할 수 있어서 이온화가 시작되는 전자의 가속 전압을 알 수 있고 이로부터 이온화 에너지를 구할 수 있다.3.실험 장치※실험에 직접 사용한 실험기구3.실험방법(1) 판넬면의 뚜껑을 열고 F-H관을 끼운다. 보통 끼워져 있다.(2) 각각의 손잡이를 최소로 하고 우측 아래의 3개의 전환스위치를 아래로 내려 놓는다. 장치 측면의 스위치를 short에 놓는다.(3) power 스위치를 ON으로 한다.(4) Zero 손잡이를 이용하여 전류계의 눈금이 정확하게 영점이 되도록 맞춘다. Gain 스위치의 표시 마크가 위로 가도록 한다.(5) G2-K 손잡이를 돌려서 전압계에 30V 정도 나타나게 한다.(6) Heater Vol 손잡이를 우측으로 반 이상 돌려 필라멘트가 가열될 때까지 잠시 기다린 후 G1-K 손잡이를 돌려서 전류계 눈금이 가장 많이 움직이는 위치에 고정한다. 만일 전류계가 반응을 나타내지 않을 때는 G1-K 손잡이를 최소로 하고 Heater Vol 손잡이를 조금 더 올려서 다시 반복해 본다. 전류계의 지침이 너무 많이 움직일 때는 반대로 한다. 되도록이면 Heater전류는 줄여서 G1-K 손잡이를 최적상태로 조정했을 때 전류계지침이 중앙에 오도록 하는 것이 좋다.(7) G2-K(가속전압) 손잡이를 왼쪽으로 완전히 돌린 후 Zero 손잡이로 전류계 0점을 다시 맞춘다. G2-K 손잡이를 올려 전압계가 30V를 가리키게 한다. 전류계의 지침이 중앙에 오는 것을 확인할 것.(8) G2-P(역전압) 손잡이를 돌려 전류계가 30을 가르키게 조정한 후 다시 G2-K(가속전압) 손잡이를 왼쪽으로 완전히 돌려서 Zero 손잡이로 전류계 0점을 맞춘다.(1) G2-K(가속전압) 손잡이를 조금씩 올리면서 전압 V와 전류 I를 읽어 그래프를 그린다. (자동으로 할 경우에는 Auto-Manu. 스위치를 Auto에 놓고 G2-K를 최대로 해서 관찰한다.) Heater Vol. 손잡이와 G2-P(역전압) 손잡이를 적당히 조절하여 다시 반복한다. G2-P를 증가시키면 플레이트 전류가 적어져서 그래프 감소현상이 잘 나타나지 않는다. Heater 전류를 많이 주면 많은 열전자가 발생되어 플레이트 전류가 커지지만 감소되는 전류를 잘 측정할 수 없다. 따라서 이 두 가지의 조정이 실험에서 가장 중요한 부분이다.
관의 공명 측정 장치
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