양자수 [量子數, quantum number] - 수소와 다른 원자 내의 전자의 분포를 나타내기 위해 필요.양자역학계의 정상상태를 정의하는 정수 또는 반정수이다. 하나의 에너지 고유 값에는 여러 개의 독립된 상태가 포함되어 있으므로 각운동량의 크기, z성분의 값, 기타 물리량을 양자수로 지정한다. 분자의 경우에는 이와 함께 구성원자의 원자핵의 운동 상태와 원자핵간 거리, 분자의 회전에너지 등을 고려한 양자수가 더 필요하다.1. Principal quantum number (n) - 주양자수. 궤도함수의 에너지를 결정.궤도전자의 파동함수를 규정하는 양자수이다. 원자핵의 껍질 모형에서도 이용되며, 원자 내 전자의 개수는 이 값이 늘어나면 함께 늘어난다.n = 1, 2, 3, 4 ... (자연수 값을 지님)전자가 핵으로부터 떨어진 거리와 관련이 있으며 따라서 전자의 에너지와도 관련 있다. n이 커질수록 전자가 핵으로부터 떨어진 평균거리가 크고 따라서 전자는 더 큰 에너지를 지닌다. 원자에서 가장 높은 에너지를 지니는 전자(최외곽 전자 : valence electron 라 말할 수 있음)의 principal quantum number는 주기율표에서 주기와 같다.ex) 최외곽 전자의 principal quantum numbern=1 H, Hen=2 Li, Be, B, C, N, O, F, Nen=3 Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar2. Angular momentum quantum number (L) - 부양자수(방위양자수), 각 운동량 양자수방위 양자수는 오비탈의 3차원적 모양을 결정하는 양자수로, 전자 부껍질로 불리기도 한다. 주양자수가 n인 오비탈은 방위 양자수를 0부터 n-1까지 가질 수 있다. 따라서 주양자수가 n이면 n종류의 서로 다른 모양의 오비탈이 존재하게 된다.l = 0, 2, 3, 4, ..., n-1(0에서 n-1까지의 값을 지님)Orbital의 모양과 관련이 있으며 n의 값에 의존한다.l = 0 s orbital(s : sharp)l = 1 p orbital(p: principal)l = 2 d orbital(d: diffuse)l01234궤도함수이름spdfgl = 3 f orbital (f: fundamental)같은 n값을 같는 궤도함수의 집합을 흔히 껍질(shell)이라 부른다. 같은 n과 l값을 갖는 하나 이상의 껍질을 부껍질(subshell)이라 부른다.ex) n = 2일 때, 이 껍질은 l = 0, 1 즉 2개의 부껍질을 갖는다. l값은 문자로 바꾸어 표기할 수 있고, 이들 부껍질을 2s, 2p 부껍질이라고 부른다.3. Magnetic quantum number(m) - 자기양자수(ml), 궤도함수의 배향(방향성)을 결정.핵 주위의 전자 구름이 공간에서 어떤 방향으로 존재하는지를 알려 주는 양자수로 -1부터 l까지의 값을 갖는다. 따라서 방위양자수가 l이면 오비탈은 2l+1개의 서로 다른 공간 배치를 갖게 된다.m = 0, ±1, ±2, ±3, ... , ±l공간에서 orbital의 orientation과 관련있다.4. Spin quantum number (s) - 스핀양자수(ms), 전자의 거동을 결정.
마이크로웨이브 결과레포트실험목적마이크로파 실험 장치를 이용하여 광학 현상을 관찰한다.실험이론1. 입사각과 반사각입사각: 다른 매질과의 경계면에 도달할 때 이 경계면의 법선과 이루는 각도반사각: 반사되는 파동의 방향과 경계면의 법선 사이의 각도2.굴절률굴절률: 진공에서의 전자기파 속도와 물질 내에서의 전자기파 속도의 비율3.편광편광: 진행방향에 수직한 임의의 평면에서 전기장의 방향이 일정한 빛.주로 자연 상태의 파장이 편광판을 통하여 편광 된 파장이 된다.마이크로파파장이 1mm에서 1m까지의 전파의 총칭초단파보다 주파수가 높다. 일반적으로 300~3,000MHz의 UHF(ultrahigh frequency:데시미터파 또는 극초단파라고도 한다), 3~300GHz의 SHF(superhigh frequency:센티미터파라고도 한다)인 것을 말하는 경우가 많다. 불꽃방전을 이용하면 거의 모든 파장의 마이크로파를 발생시킬 수 있으나, 출력이 약하고 불안정하며, 보통의 전자관은 전자의 운동속도가 비교적 느려서 1주기의 시간이 극히 짧은 마이크로파 발생에는 적당하지 않다. 따라서 마이크로파를 발생시키려면 특별한 전자관·클라이스트론·마그네트론·메이저 등을 쓰며, 그 전송에는 주로 입체회로를 쓰는데, 전자나팔·파라볼라안테나에서 날카로운 지향성을 가지게 하여 방출된다. 파장이 짧으므로 직진성·반사·굴절·간섭 등의 성질은 빛과 거의 비슷하다. 이 성질을 이용하여 마치 탐조등을 비추듯이 한 방향으로 집중된 마이크로파의 빔을 발산하여 항공기나 선박 등의 위치를 알아내는 장치가 레이더이다. 또, 마이크로파는 주파수가 높으므로 많은 양의 정보를 보낼 수 있어서 다중통신이나 텔레비전방송 중계에 이용된다.실험도구송신기, 수신기, 고니오미터, 금속반사경, 프리즘, 스티렌 펠렛, 편광판, 슬릿 스페이서, 슬릿 익스텐더 암, 각도기, 부품홀더실험 방법 및 결과실험1: 반사?송신기를 고니오미터의 고정팔에 장착한다. 송신기와 수신기의 극성은 동일하게 맞춘다?송신기를 전원에 연결하고, 수신기의 INTENSITY 선택 스위치를 30X에 맞춘다.?송신기나 수신기를 그대로 두고, 미터 수치가 최대가 될 때까지 고니오미터의 이동형 팔을 회전시킨다.?입사각을 변화시키면서 반사각을 측정한다.?입사각과 반사각의 관계를 확인한다.입사각(°)반사각(°)**************************789070→입사각은 반사각과 동일하다.→일부 파동은 서로 다른 각도로 반사되는 것처럼 보인다.특히 입사각이 70°나 90°일 때 두드러지는데 실제 이는 반사가 아닌 회절효과이다.→송신기가 만들어내는 파동은 완벽한 평면파가 아니며 이는 결과에 영향을 미친다.실험2: 프리즘을 통한 굴절?빈 프리즘 틀을 회전시켜 입사파에 어떤 영향을 미치는지 살펴본다.(반사/굴절/흡수)?프리즘 틀에 스티렌 펠렛을 채운다. 송신기에 가장 가까운 프리즘 앞면을 입사 마이크로파 빔에 수직이 되도록 놓는다.?고니오미터의 이동형 암을 회전시켜, 굴절된 신호가 최대가 되는 각도를 찾는다.(이때의 각도는 고니오미터의 각도 눈금에서 직접 읽은 각도)?굴절의 법칙을 이용하여 프리즘 안의 매질인 스티렌 펠렛의 굴절률을 구한다.→168° 의각에서 최고 값인 6 mA 가 측정
전류천칭실험 결과레포트실험목적전류가 흐르는 도체에 작용하는 자기력 F = ILBsinθ 와 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기, 각도의 관계를 알아본다.실험이론자기장B와 전류 I에 의해 발생한 힘 F는 B와 I에 모두 수직이며, BxIL의 외적으로 구할 수 있다. 따라서 실험을 통해 B와 I사이의 각을 변화 시켜 F의 변화를 볼 수 있다. 이때 실험에서 우리가 B의 방향을 모른다 해도 I와 수직일 때, 즉, 0도 일 때의 값이 지면과 수직으로 상승하는 힘인지 하강하는 힘인지에 따라 판단 할 수 있다.L의 경우 각 실험의 부속에 따라 알려져 있으므로 그 사실을 토대로 B를 예상할 수 있다.B=F/ILSIN θF= ILBsinθ (I: 전류, L: 도선의 길이, B: 자기장)은 로렌츠의 힘에서 나온다.로렌츠의 힘: 자기장 속에서 움직이는 전하가 받는 힘실험도구저울, 전원, 전류공급기, 스탠드실험 방법 및 결과1.전류와 자기력의 관계?전류를 0으로 하고 자석의 무게를 측정한다.?전류를 바꿔가며 자석의 바뀌는 무게를 측정한다.?전류가 자기력에 어떤 영향을 미치는지 알아본다.전류의 세기에 따른 변화도선의 길이(L)전류(I)자석의 개수(B)질량1.2cm (SF 40)0AB=6개164.62g2A165.50g4A164.35g6A164.20g→전류(I)가 커질수록 질량이 감소한다. 힘은 중력의 반대방향으로 받기 때문에 질량이 감소한다는 것은 힘이 커진다는 것을 의미한다. 힘 F는 커진다.2.도선의 길이와 자기력의 관계?current loop 의 도선의 길이가 각각 다르다.?하나의 current loop를 끼고 일정한 전류 값을 정하고 그때의 자석의 무게를 측정한다.?current loop를 바꿔가며 실험을 반복한다.?도선의 길이가 자기력에 어떤 영향을 미치는지 알아본다.도선의 길이에 따른 변화도선의 길이(L)전류(I)자석의 개수(B)질량1.2cm (SF 40)6A6개164.20g4.2cm (SF 38)162.30g8.4cm (SF 42)160.85g→도선의 길이(L)가 길수록 힘 F는 커진다.
등전위선 실험 결과레포트실험목적여러 형태의 전극 사이에서 형성되는 등전위를 구하고, 전극의 모양과 위치를 변화시켜 전기장을 측정한다. 또한 전위와 전기장의 관계를 알아보도록 한다.실험원리종이의 저항은 유한하므로, 전위차를 발생시키려면 반드시 종이를 통해 전류가 흘러야 한다. 이 전류를 전도성 잉크 전극으로 공급하며, 이로 인해 경로를 따라 전위가 강하한다. 전하가 전기장 내에 놓이면 전기장으로부터 전기력을 받아 위치 에너지를 갖는다. 단위 양전하가 갖는 위치에너지를 전위라고 하며, 같은 전위의 점들을 이은 선이 등전위선이다. 따라서 등전위면의 위의 모든 점에서는 전위가 항상 같다.때문에 전위차가 0(따라서 등전위에서는 전류가 흐르지 않는다)이 되며, 등전위면을 따라 전하를 이동시킬 때의 일도 0이 된다. 또한 전하가 전기장으로부터 받는 힘의 방향은 등전위면에 대해 수직한 방향이므로 등전위면과 전기력선(역선)은 항상 서로 직교한다.실험방법도선(charged path) 스케치하기 (전극)1. 연구할 도선의 레이아웃을 구상하고 종이 위에 그려본다. 이 경로는 어떤 형태의 2차원 형태라도 가능하다. 도선은 실제 전도성 잉크 전극이 되므로, 앞으로는 전극이라고 한다.2. 검은 종이에 전극을 그린다.3. 전도성 종이의 각 모서리에 금속 압정을 꽂아 코르크판에 부착한다.전원 장치에 전극을 연결하고, 전위 확인하기1. 제공된 연결용 전선을 이용하여, 전극을 5-20 VDC 범위의 건전지나, DC 전원 장치, 또 는 기타 전위 공급원에 연결한다. 이 때, 전위 공급원은 25 mA를 공급할 수 있어야 한 다. (가능하면 전위는 실험에 사용되는 전자전압계의 풀스케일 눈금과 동일해야 한다.)2. 연결 전선의 끝 부분을 전극에 걸쳐 놓은 다음, 금속 압정으로 그 끝부분과 전극을 동시 에 코르크판에 꽂는다. 압정이 전선 끝부분을 전극에 단단히 꽂았는지 확인한다.3. 전선의 다른 쪽 끝을 건전지에 연결한다.4. 전극의 전도도가 올바른지 확인하기 위해, 전압계 도선 하나를 전극 위의 압정 근처에 연결하고, 두 번째 도선을 같은 전극의 다른 지점에 연결한다. 전극을 제대로 그렸을 경우, 같은 전극 상의 두 지점 사이의 최대 전위는 두 전극 사이에 가해진 전위의 1%를 넘어서는 안된다.등전위 작도전압계 도선 하나를 전극 압정들 중 하나에 연결하여 등전위를 작도한다. 이 전극은 이제 레퍼런스가 된다. 전압계의 다른 도선(프로브)을 종이 위 임의의 점에 대면 해당 지점의 전위를 측정할 수 있다.1. 등전위를 매핑하려면, 먼저 전압계가 원하는 전위를 가리킬 때까지 프로브를 움직인다.2. 부드러운 도선이나 연한 색의 연필로 종이 위에 해당 지점을 표시한다.3. 프로브를 계속 움직이되, 전압계 바늘이 같은 눈금을 가리키는 방향으로만 움직인다. 이 지점들을 계속 표시한다.4. 표시된 점들을 연결하여 등전위선을 만든다.장(場) 경사 작도장(場) 경사(역선 field line)를 작도기 위해, 먼저 전압계의 두 도선을 전도성 종이 위에 특정 간격으로 나란히 놓는다. (1 센티미터는 사용하기 좋은 간격이다.) 전압계의 두 도선을 같이 테이프로 붙여 두는 것이 가장 좋다. 전압계 도선을 사용하여 점에서 점으로 최대 전위차 경로를 따라가는 전극으로부터의 방향을 찾아내는 것이 관건이다.1. 전도성 종이 위에 역선을 작도하려면, 먼저 (접지에 연결된) 전압계 도선을 쌍극자 가까 이에 놓는다.