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전자기 유도 실험 결과보고서

◎ 실험결과1) 유도기전력① 자석 한 개일 때② 자석 두 개(같은 극끼리) 묶었을 때③ 자석 두 개(다른 극끼리) 묶었을 때◎ 결과 비교? 곡선의 면적이 나타내는 물리적인 의미는 무엇일까? 유입플럭스(Incoming flux) 와 유출플럭스(Outgoing flux)를 비교하면? 하단부의 피크가 더 큰 이유는?-> 곡선의 면적은 유입, 유출되는 플럭스의 양이라고 볼 수 있다. 이를 시간에 하여 미분하면 플럭스의 변화율이 되고 패러데이의 법칙[]에 의해 유도기전력과 비례한다는 것을 알 수 있다. 따라서 플럭스의 양은 자기장이 형성되는 양이라고 볼 수 있다.유도 전류는 코일에 작용하는 자기장의 방향에 반대하는 자기장애 코일에 생김으로써 발생한다. 그러므로 자석이 코일 위에서 떨어질 때와 아래로 내려갈 때 자석에 의해 코일에 작용하는 자기장의 방향은 반대가 되므로 측정 유도 기전력은 두 경우가 반대의 부호는 가지게 된다. 그리고 두 경우 모두 유도 기전력 값은 같기 때문에 유입 플럭스와 유출 플럭스의 합이 0이 되는 것이다. 가우스 법칙에 의해 코일전체를 가우스 평면으로 잡으면 유입 플럭스와 유출 플럭스는 같게 된다.피크는 변화율이 최대인 지점을 뜻한다. 실제 실험에서는 그렇지 않았지만, 이론상으로 하단부의 피크가 더 큰 이유는 우리는 자석을 위에서 아래도 떨어트렸기 때문에 중력이 작용해서 밑에 부분에서 더 자석이 떨어지는 속력이 더 빠르기 때문에 변화율도 조금 더 크게 된다.[질문](1) 두개의 막대자석을 같은 방향으로 해서 묶은 다음 낙하시킨다면 어떻게 되겠는가? 또는 다른 극끼리(S극 과 N극) 같이 묶어서 낙하하는 경우는?-> 두 개의 막대자석을 같은 방향으로 해서 묶었다는 의미는, 그 자기장이 2배가 되었다는 것을 의미한다. ΔΦ=B*ΔA이므로 자기선속이 2배가 되었으며, 패러데이의 유도법칙 ε= -N (ΔΦ/Δt)에 의해 유도되는 전압 역시 2배가 된다.두 개의 막대자석을 반대 방향으로 해서 묶었다는 의미는 그 자기장이 서로 상쇄되었다는 의미이므로 전압은 0이 된다.(2) 유도전압 그래프에서 최대, 최소, 0이 되는 부분은 자석이 코일을 통과할 때 각각 어느 위치에 해당될까? 코일에는 유도전류가 흐르는가?-> 패러데이의 유도법칙 ε= -N (ΔΦ/Δt)와 자기선속의 정의 ΔΦ=B*ΔA를 구하면 설명하기 쉽다. ΔA는 국소 자기장이 미치는 면적이라 할 수 있는데, N이 상수이기에, 결국 ΔA/ Δt가 유도기전력을 결정하는 변수임을 알 수 있다.유도 전압 그래프에서 최대값을 가지는 것은 ΔA/ Δt이 최대라는 의미이며, 이는 자석이 코일에 들어가는 순간임을 알 수 있다. 이 때 유도 전류가 (크기만) 최대로 흐르게 된다.0이 되는 부분은 ΔA/ Δt가 0이기 때문에, 자석 중간이 코일을 지날 때의 위치임을 알 수 있다. 이 때 유도 전류가 0이다.최소가 되는 부분은 ΔA/ Δt가 최소라는 의미이며, 이는 자석이 코일로부터 빠져나오는 순간임을 알 수 있다. 이 때 유도 전류가 (크기만) 최대로 흐르게 된다.2) 변압기(transformer) 1① 승압기 (step-up transformer)? 코어막대가 있을 때1차 전압(내부코일, V1) = 0.2172차 전압(외부코일, V2) = 1.450승압비율(V1:V2) = 1.00:6.68? 코어막대가 없을 때1차 전압(내부코일, V1) = 0.2852차 전압(외부코일, V2) = 0.217승압비율(V1:V2) = 1.00:0.76② 강압기 (step-down transformer)? 코어막대가 있을 때1차 전압(내부코일, V1) = 1.9982차 전압(외부코일, V2) = 1.176강압비율(V1:V2) = 1.00:0.59? 코어막대가 없을 때1차 전압(내부코일, V1) = 1.9982차 전압(외부코일, V2) = 0.696강압비율(V1:V2) = 1.00:0.35[생각해 볼 사항]? 전압비는 권수비와 같은가? 발생하는 오차에 대해 어떻게 설명할 수 있는가?-> 에너지 손실로 인해 같지 않다. 그리고 우리가 실험하는 솔레노이드가 이상적인 무한길이의 솔레노이드가 아니기 때문에 솔레노이드의 끝부분으로 갈수록 이론값과 실제값이 많이 달라지게 된다. 그렇기 때문에 오차가 발생할 수밖에 없다.? 승압기와 강압기의 경우 각각 코어막대를 뺄 때 어느 경우가 유도전압에 더 큰 영향을 미치는가?-> 둘 다 비율로 따져보면 영향이 비슷하다. 그래도 비교한다면, 승압기의 경우 더 큰 영향을 미친다. 승압의 경우 추가적인 자기효과(코어막대로 인한 자기장의 보강)로 인한 승압에 미치는 영향이 크기 때문에 그런 것으로 보인다.? 왜 이 실험에서는 직류(DC)전압 대신 교류(AC)전압을 사용했을까? 만약 직류를 사용한다면 어떻게 유도전압을 만들어낼 수 있을까?-> 직류전압은 스위치를 닫을 때와 열 때만 유도전압을 만들어낸다. 왜냐하면 전류의 변화가 일어나는 시점이 그 시점뿐이고, 전류의 변화란 곧 자기장의 변화이기 때문이다. 그래서 주기적인 전류를 흘려주는 교류전압을 사용하면 계속적인 전류의 변화가 일어나고 그것 때문에 계속적인 자기장의 변화가 일어나서 유도전압을 만들어낼 수 있는 것이다. 만약 직류를 사용한다면 스위치를 열었다 닫았다 하는 행동을 주기적으로 반복해야 할 것이다.? 외부 코일이 1차코일로 사용될 때 강압되는 전압 비율은 내부코일이 1차코일로 사용된 승압기의 승압비율 보다 많은 차이를 보이는가?-> 에너지가 손실되기 때문이다. 즉, 승압할 때는 원래 이론값에 손실된 에너지가 줄어든 만큼 전압이 올라간다. 하지만 강압할 때는 원래 이론값에 손실된 에너지가 줄어든 만큼 전압이 떨어지므로 이런 차이를 보이는 것이다.3) 변압기(transformer) 21) 다양한 형태의 변압기 구성? (a) 일 때1차 전압(내부코일, V1) =0.0822차 전압(외부코일, V2) = 0.047강압비율(V1:V2) = 1.00:0.57? (b) 일 때1차 전압(내부코일, V1) =0.2072차 전압(외부코일, V2) = 0.090강압비율(V1:V2) = 1.00:0.43? (c) 일 때1차 전압(내부코일, V1) =0.2022차 전압(외부코일, V2) = 0.083강압비율(V1:V2) = 1.00:0.41? (d) 일 때1차 전압(내부코일, V1) =0.2112차 전압(외부코일, V2) = 0.211강압비율(V1:V2) = 1.00:1.00※ 400:400=1:1 이므로 2차 전압이 권수비에 제일 가까워지는 형태는 (d)이다.2) 승압(또는 강압)( AC = 1V )? 400-4001차 전압(내부코일, V1) =0.9932차 전압(외부코일, V2) = 0.925강압비율(V1:V2) = 1.00:0.93? 400-8001차 전압(내부코일, V1) =0.9702차 전압(외부코일, V2) = 1.769강압비율(V1:V2) = 1.00:1.82? 400-16001차 전압(내부코일, V1) =1.9862차 전압(외부코일, V2) =3.493강압비율(V1:V2) = 1.00:1.76? 400-32001차 전압(내부코일, V1) =3.9732차 전압(외부코일, V2) = 6.804강압비율(V1:V2) = 1.00:1.71( AC = 2V )? 400-4001차 전압(내부코일, V1) =0.2112차 전압(외부코일, V2) = 0.211강압비율(V1:V2) = 1.00:1.00? 400-8001차 전압(내부코일, V1) =0.8082차 전압(외부코일, V2) = 0.361강압비율(V1:V2) = 1.00:0.45? 400-16001차 전압(내부코일, V1) =2.0892차 전압(외부코일, V2) = 0.674강압비율(V1:V2) = 1.00:0.32? 400-32001차 전압(내부코일, V1) =2.0212차 전압(외부코일, V2) = 1.358강압비율(V1:V2) = 1.00:0.67( 승압기 리드선 )1차 전압(내부코일, V1) =0.2022차 전압(외부코일, V2) = 0.108강압비율(V1:V2) = 1.00:0.53◎ 토의 및 결론이번 실험은 자기장 변화로부터 유도되는 기전력의 원리와, 변압기 실험을 통해 전자기 유도를 이해해보는 실험이었다.- 유도기전력첫 번째 실험은 코일에 자기플럭스의 변화를 주어 패러데이 법칙과 렌츠의 법칙을 확인하는 실험이었다. 자석이 낙하하면서 코일에 가까이 갈 때는 자기플럭스가 증가하는데, 렌츠의 법칙대로 이를 상쇄하기 위해 자기 플럭스가 감소하도록 유도전류가 흐르고, 반대로 자석이 코일에서 멀어질 때(반대 극이 코일을 향할 때)는 반대방향으로 유도전류가 흘렀다.또한 플럭스의 양을 나타내는 그래프의 면적(적분값)의 합이 거의 0이 되어 패러데이 법칙을 보여주고 있다.

공학/기술| 2010.12.28| 9페이지| 1,000원| 조회(5,342)

자기장, 실험, 결과, 전자기 유도

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자기력측정(전류천칭) 실험 결과보고서

◎ 실험결과A. 직선 도선의 길이 측정B. 전류(I)를 변화시킬때 (L = 1.2 cm)⇒ 전류는 힘과 비례한다.C. 도선의 길이(L)를 변화시킬때 (I = 3 A)⇒ 도선의 길이는 힘과 비례한다.D. 자기장(B)을 변화시킬때 (I = 3 A, L = 1.2 cm)⇒ 자기장의 세기는 힘과 비례한다.E. 각도(θ)를 변화시킬때 (I = 3 A, L(요크 도선의 길이) = 기록 無)⇒ Sinθ는 힘과 비례한다.◎ 토의 및 결론이번 실험은 균일한 외부 자기장 내에서 전류도선이 받는 힘에 미치는 요인들을 변화시켜가면서 관계를 알아보는 것으로, 힘은 자기장의 세기, 전류의 세기, sin에 비례한다는 것을 확인해볼 수 있었다. 또한 그 방향이 전류와 자기장과는 수직방향임을 확인하여임을 확인할 수 있었다.실험B의 목적은 전류의 세기와 힘이 비례하다는 것을 알아내는 것이었는데, 위 그래프를 보면 정확히 비례하는 모양을 나타냄을 알 수 있다.실험C는 도선의 길이와 힘의 관계를 알아보는 실험으로써 다른 실험에 비해 비교적 오차를 크게 보였다. 결과에 영향을 준 오차의 요인은 뒷부분에서 논의해보겠다.실험D에서는 자기장의 세기와 힘의 관계를 알 수 있었는데, 위 그래프에서 비례관계를 나타내고 있다. 실험B와 실험D는 실험 기구가 적절하게 설계되었고 실험자가 간섭할 상황이 적어 오차가 적었던 것 같다.실험E는 도선의 방향에 따른 힘의 세기를 알아보는 것이었다. 도선이 자기장에 대해여 비스듬히 놓여 있을 때 도선은 자기장의 수직방향에 있을 때 에만 힘을 받는다.그러므로 요크를 돌리면 도선이 받는 힘은 방향은 그 각도의 사인값에 영향을 받도록 되어있다. 위의 결과에서는 오차가 발생하여 점점 힘이 감소되는 형태의 그래프를 보인다. 실험 결과에 미친 오차의 요인들을 아래에 나열해보았다.< 오차의 원인 >① 수평을 맞출 때 완전한 수평을 이루지 못하였다. 회로의 경우도 약간 기울어져있었기 때문에 힘이 모두다 아랫방향으로 작용하지 않았을 수 있다.② 전류를 가할 때 정확히 3.0A가 아닐 수도 있다.③ 도선의 길이를 잘못 측정하거나 각도를 잘못 측정하였을 수도 있다.④ 자석을 6개를 사용하였는데 자석들을 장시간 붙여놓고 사용하다보면 자석의 세기가 달라졌을 수도 있다. 그렇게 되면 B의 값에 오차가 생겨 F값도 오차가 생긴다.⑤ 자석의 수를 바꿀 때 자석의 위치를 바꾸었는데 그 때문에 오차가 생길 수 있다.⑥ 자기장이 모든 도선을 지나가면 좋겠지만 자석의 크기도 한계가 있었다. 개수를 바꾸는 실험을 할 때에는 더욱 심하였다. 자석의 수나 위치에 따라 자기장이 변하게 되므로 오차의 원인이 된다.◎ 생각해볼 사항(1) 도선기판에 전류가 전류가 균일하게 흐른다고 가정하면 힘이 작용하는 도선의 길이에 해당하는 부분은 어디인가 설명해보고 도선은 길이는 얼마로 잡아야 하는가?-> 도선의 길이는 자기장을 수직으로 통과하는 길이로 잡아야 한다. 그러므로 ㄷ 자형 도선에서 아랫부분을 도선의 길이로 잡으면 된다.(2) 전류의 흐름과 자기장의 방향(붉은색;N극 - 흰색;S극)을 고려해 볼때 전자저울에 나타나는 힘의 방향을 나타내는 부호는 오른나사 법칙과 정확히 일치 하는가? 만약, 그렇지 않은 것처럼 보인다면 그 이유는 무엇 때문일까?-> 부호가 반대로 나온다. 그 이유는, 오른나사 법칙으로 구한 힘의 방향은 전류가 흐르고 있는 도선이 받는 힘의 방향인데, 저울이 측정하는 힘의 값은 전류 아래에 놓여진 자석의 받는 힘의 방향이기 때문이다. 그러므로 뉴턴의 제3 운동법칙인 작용 반작용의 법칙에 따라, 도선에 어떤 크기의 힘이 존재 할 때, 똑같은 크기지만 방향이 반대인 힘이 자석에 작용 하므로 이러한 결과가 나왔다고 예측 할 수 있다.

공학/기술| 2010.12.28| 4페이지| 1,000원| 조회(1,206)

실험, 전류, 자기력측정(전류천칭), 프레밍

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암페어의 법칙 실험 결과보고서

◎ 실험결과1) 직선도선 주위의 자기장 측정2) 원형도선 주위의 자기장 측정① R = 3cm 일 때② R = 4cm 일 때3) 솔레노이드 중심축에서의 자기장 측정반경(R)길이(l)감은 수(n=N/l)43.7mm13cm223.07 N/cm보정계수의 계산, K = 1/2(cosθ1+cosθ2)코일 중앙 Km = 0.946코일 끝 Ke = 0.492B = Kmμ0nI = 0.0267 × IB = Keμ0nI = 0.0139 × I* 전압(DC) = 10(V), 전류 I = 0.1(A)측정측정값(중앙)Bx=0 (g)측정값(코일끝)Bx=l/2 (g)이론값(중앙)B(g)오차(%)(B-Bm)/B*10012.231.072.6716.5%* 주의 : 코일 끝 부분은 빽라이트 부분을 제외한 코일의 끝 중간지점이다.◎ 결과 분석이번 실험은 직선도선, 원형도선, 솔레노이드 코일에 전류가 흐를 때 도선주위의 자기장의 세기를 측정해보고 이론적인 자기장 분포 곡선과 일치하는지 알아보는 실험이었다. 직선 도선 주위에서나 원형 도선 주위에서나 자기장은 예상했던 대로 자기장을 발생시키는 전류의 흐름에서의 거리가 멀어짐에 따라 자기장의 세기가 약해짐을 알 수 있었다. 솔레노이드의 경우는 좀 특별했는데 자세한 분석은 아래 질문 파트에 작성해놓았다. 전류에 의해 종속되는 변인이 많은 실험이었음에도 불구하고 실험 기구 중 하나인 전력 공급 장치와 전류계는 상당히 부정확해서 결과 값의 오차가 꽤 커졌다. 그 외에 자세한 오차 분석 역시 아래 질문 분석과 함께 해놓았다.◎ 질문(1) 코일의 중앙에서 자기장 센서를 반경 방향으로 급격히 움직일 때 자기장(축방향)의 변화는 어떠한가?⇒ 미세하게 자기장은 감소하게 된다. 코일 내부의 자기력선속을 보면 알 수 있듯이, 중심축의 부분에서는 강하지만 반경 쪽에서는 점차로 약해지는 것을 알 수 있다. 따라서 자기장은 미세하게 감소하는 형태로 나타나게 된다.(2) 코일의 중심선 상에서 한쪽 끝에서의 자기장은 중앙에서의 자기장 값과 약 얼마나 차이가 나는가? 이론적 공식으로도 유도해 보라.⇒ Bx =Bx의 이론식에 대입하여 중앙의 자기장 값에서 한쪽 끝의 자기장을 빼면 다음과 같은 이론식을 얻을 수 있다.B =위의 경우에서의 l 과 R을 대입하면 B는 다음과 같다.B = 1.28 × 10-2 I(3) 자기장의 축방향 성분과 반경방향 성분을 비교함으로써 솔레노이드 내부의 자기장 선분(Magnetic Field Line)의 흐름과 방향에 대해 어떤 결론을 내릴수 있는가?⇒ 솔레노이드가 무한 길이 솔레노이드가 아닌 유한 길이 솔레노이드임을 일단 가정하자. 그러면 자기장 선분은 솔레노이드의 축 방향으로 흐르게 되며, 중심 부분에서는 높은 밀도를, 양 끝단에서는 낮은 밀도를 가지게 된다. 자기장 선분은 축 방향으로는 값을 가지지만 반경 방향으로는 값을 가지지 못하게 되는 것이다. (서로 상쇄하게 된다.)전기장은 양전하에서 음전하의 방향으로 흐르게 되며 단극(單極)이 존재할 수 있지만 자기장은 단극이 존재하지 않기 때문에 일정한 닫힌 곡선을 이루게 되며, 따라서 자기장 선분은 다음과 같은 곡선을 가지게 되는 것이다.(4) 측정된 자기장(축방향) 값의 이론값에 대한 오차가 존재한다면 어떠한 요인에 의해 발생하는 것일까?⇒ⅰ) 영점 조절이 정확하지 못했다. 홀 센서(자기장 센서)의 0점 조절 버튼을 눌렀을 때조차도 0이 아니라 미세한 차이지만 0이 아닌 값이 나왔다. 따라서 뒤이어 기록한 모든 실험값에도 이 값들이 영향을 주었다고 할 수 있다. 영점 조절을 제대로 할 수 있는 센서였다면 좀 더 좋은 결과가 나왔으리라 생각한다.ⅱ) 손으로 정확한 위치를 잡기는 불가능하다. 사람의 눈이 눈금자가 있는 자나 컴퓨터가 아닌 이상, 사용자의 직관력과 ‘감’에 의지해야하는 이러한 실험 수단은 합리적이지 못한 실험결과를 유도해 내는 데에 큰 기여를 했을 것이다. 홀센서를 눈으로 대충 찍어서 ‘중심이라 생각되는 곳’에 놓는 방법으로 오차를 없애는 것은 힘든 일이다. 평형이 기울거나 정확한 코일 중심이 아닌 경우에는 오차가 발생할 수밖에 없는 것이다. 그래서 반복적인 실험으로 오차를 없애려는 시도를 하는 것인지도 모르겠다.ⅲ) 모니터는 0.066(A/m)의 자기장 값을 갖는다.(평균) 홀센서를 모니터에 가까이 해보지 못한 것이 아쉽지만, 아무튼 모니터에서 발생하는 자기장, 전선에서 발생하는 자기장 등이 홀센서에 영향을 미쳤을 것이다. 실험 중 가능한 모니터를 끄고 실험하는 것이 좋았으리라는 생각이 든다.

공학/기술| 2010.12.28| 5페이지| 1,000원| 조회(1,172)

자기장, 실험, 결과, 암페어의 법칙

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빛의 굴절 및 편광 실험 결과보고서 평가A+최고예요

◎ 실험결과A. 빛의 직진성(1) 각도판위의 광선은 직진하는가?-> 그대로 직진한다.(2) 슬릿으로부터 멀어짐에 따라 광선의 폭과 선명도는 어떻게 변하는가?-> 광선의 폭이 조금씩 넓어짐과 함께 선명도도 점점 낮아진다.B. 반사의 법칙(1) 입사각과 반사각을 정의하라.-> 입사각 - 어떤 매질 속을 진행하는 파동이 다른 매질과의 경계면에 도달했을 때이 경계면의 법선과 이루는 각반사각 - 반사에 의하여 생긴 광선이 경계면의 법선과 이루는 각(2) 10°씩 돌려가며 입사각과 반사각을 기록한다. 각 경우의 입사면은 무엇이며, 반사광선은 입사면 내에 있는가?->입사각(i)10°20°30°45°반사각(r)10°20°30°45°입사면이란 입사광과 반사광이 만드는 평면을 말한다. 따라서 위의 실험에서 입사면은 원형각도판의 평면으로 모두 동일하며, 반사광선은 입사면 내에 존재한다.C. 빛의 반사와 굴절(1) 굴절광선은 입사면 내에 있는가?-> 굴절광선도 입사면 내에 존재한다.(2) 각 경우의 입사면은 무엇이며, 굴절광선은 입사면 내에 있는가?->입사각(i)20°30°45°60°굴절각(r)14°20.5°29.5°37°굴절률(n)1.411.431.441.44원통렌즈의 평균 굴절률 n = 1.43위의 실험도 원형각도판의 평면이 입사면이며, 굴절광선은 입사면 내에 존재한다.D. 빛의 전반사와 분산(1) 다음의 물음에 답하라.㉠ 원통렌즈의 어느 면에서 반사가 일어나는가?-> 렌즈의 평면 부분에서 반사가 일어난다.㉡ 모든 입사각에 대해 반사광이 존재하는가?->그렇다. 모든 입사각에 대해 반사광이 존재한다.㉢ 반사광선은 매질 내에서 반사의 법칙을 잘 만족하는가?-> 반사의 법칙이란, 굴절률이 서로 다른 두 매질의 경계면에서 빛이 반사될 때 반사광과 입사광은 반사면(입사광과 경계면의 수직선을 포함하는 면) 내에 있으며 입사각과 반사각은 같다고 하는 법칙이다. 위의 실험은 이를 잘 만족시킨다.㉣ 모든 입사각에 대하여 굴절광선이 존재하는가?-> 전반사가 일어나는 각도에서는 굴절광선이 존재하지 않는다.㉤ 입사광선이 변함에 따라 반사광선과 굴절광선의 각도는 어떻게 변하는가?-> 입사각이 커지면 반사광선과 굴절광선의 각도도 커지게 된다.㉥ 빛이 전반사가 일어나는 임계각(θc)은 얼마인가?또, 이 값으로부터 원통렌즈의 굴절률 n = 1/sinθc = 1.47, 이 값은 위의 결과와일치하는가?-> 전반사가 일어나는 임계각은 43.5°이다. 임계각을 통해 구한 원통렌즈의 굴절률은1.45로, 위의 1.47와 비교할 때 1.36%의 오차율을 보인다.(2) 천천히 입사각을 변화시키면서 스크린에 굴절된 빛의 색을 관찰한다. 어느 각에서부터 색의 갈라짐이 보이는가? 어느 각도에서 색의 분산이 최대가 되는가? 굴절된 빛에는 어떤 색들이 보이는가?-> 입사각이 24°일 때부터 색의 갈라짐이 보이며 43°에서 색의 분산이 최대가 된다. 굴절된 빛에서 빨강, 주황, 노랑, 초록, 파랑 색이 보인다.E. 빛의 편광① 반사광과 굴절각이 90°를 이룰 때 편광각(=빛의 입사각)은 얼마인가?-> 편광각은 55°이다.② 반사광은 완전편광 되었는가? 어떻게 알 수 있는가?-> 완전편광 되었다. 일반적으로 편광되지 않은 빛이 두 매질의 경계면에서 반사될 때반사광선은 부분 편광된다. 그러나 반사각과 굴절각이 수직을 이룰 때 반사광은 완전편광된다. 이는 편광 필름으로 확인할 수 있다.◎ 반사 및 굴절 관련 추가 질문1. 빛이 굴절되어 전반사를 하게 될 경우, 전반사가 이루어지는 면에 대한 빛이 입사하는 면의 반대편에는 빛이 하나도 없어야 한다. 그러나 실험에서 보면 반대편에서 약하긴 하지만 빛이 있는 것을 볼 수 있다. 이 빛은 무엇인가?-> 아마 입사할 때 매질의 표면에서 거친 부분이 빛의 일부를 전반사하는 길이 아니고 그냥 빛이 나가게 하는 것일 것이다.2. 지질학에서 관련된 여러 잭을 보면 레이저와 거울을 이용해 지표면이 움직이는 것을 확인 했다는 글이 많이 적혀있다. 이번 실험을 이용해 어떻게 지표면의 움직임을 알 수 있을까?-> 거울에 레이저를 입사시키면 반사하는 각도도 같게 나온다. 지표의 바닥에 거울을 깔고 어느 한 위치에서 레이저를 거울을 향해 쏘면 그 입사각과 같게 반사각이 나올 것이다. 만약 지표가 움직인다면 다시 레이저를 쏘았을 때 나오는 반사각이 예전에 쏴서 나왔던 반사각과 다를 것이고 이것의 차이를 이용한다면 어느 방향으로 얼마만큼 지표가 이동했는지 알 수 있을 것이다.3. 전반사를 이용하면 빛이 지나는 섬유(광섬유)를 만들 수 있다. 이 광섬유는 한 물질을 굴절률이 다른 물질로 둘러싼 형태를 띠는데 어떤 원리로 이루어지겠는가? 그리고 이때 두 물질이 갖는 굴절률의 관계는 어떠하겠는가? 간략히 설명하시오.-> 광섬유는 굴절률이 비교적 높은 유리에 굴절률이 낮은 유리를 덮어 감싸는 형태를 취하고 있다. 전반사는 굴절률이 높은 곳에서 낮은 곳으로 갈 때 가능하기 때문이다. 이렇게 광섬유를 만들고 빛을 임계각보다 높게 쏜다면 각각의 유리 경계에서 전반사 되고, 전반사된 빛도 아까 입사한 각과 같은 임계각보다 큰 각도로 반대쪽에 입사하게 되므로 계속해서 입사 -> 전반사 -> 입사 의 과정을 거치게 된다.◎ 오차 발생 가능 요인첫째로, 테이블 위에 놓인 전등기구에 관한 것인데, 이 전등기구는 이미 많은 사용으로 인해 그 밝기와 광도 측면에 있어 항상 일정한 빛을 발생시키기 어렵다. 이번 실험에서 일정한 빛이 필요한 준비 조건임에도 불구하고 이런 상황에서는 오차 값이 생길 수밖에 없다.둘째로, 반원형 렌즈가 놓여진 받침대에 관한 것이다. 이 받침대에는 일정 각도와 빛의 들어옴을 표현하는 영문자들(normal 등..)이 쓰여 있는데, 이 쓰여 있는 각도에 정확히 맞추기에는 무리가 있다. 아무리 미세한 오차 값이라 하더라도 나중에 얻어지는 결과 값에 있어서는 지대한 영향을 주기에 결코 무시할 수 없다.

공학/기술| 2010.12.28| 3페이지| 1,000원| 조회(356)

실험, 굴절, 빛, 빛의 굴절 및 편광

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빛의 간섭 및 회절 실험 결과보고서

◎ 실험결과※ 실험 조건스크린까지 거리(D) = 0.72m레이저 파장 : 630~680nm(a)(b)(c)(d)슬릿폭(a)0.08mm0.08mm0.04mm0.04mm슬릿간격(d)0.50mm0.25mm0.50mm0.25mm극대점 위치(x)0.005m0.005m0.009m0.008m0.006940.006940.012500.01111347nm173nm625nm278nm오차율(650nm기준)46.6%73.4%3.85%57.2%◎ 토의 및 결론이번 실험은 빛의 회절을 관찰하여 빛의 파동적인 성질인 간섭과 회절을 확인하고, 정량적으로 이해하는 것이 목적인 실험이었다. 실제 실험에서 스크린을 보면 중앙에 가장 밝은 지점을 기준으로 밝고(보강간섭), 어두운 (소멸간섭) 모양이 반복되어 나타나며, 중앙의 밝은 지점에서 다음 밝은 지점까지의 거리, 또는 중앙 밝은 지점에서 다음 어두운 지점까지의 거리를 측정하여야 한다. 밝은 지점은 그 중심을 찾기 어려운 반면에, 어두운 지점은 그 중심을 찾기가 상대적으로 구분이 명확하였다. 총 4개의 이중 슬릿을 실험해볼 수 있었다.* 오차의 요인1) 식자체가 근사적으로 얻은 공식이다. 따라서 D, n, d의 값이 아무리 정확해도 슬릿의 간격을 측정하는 데 있어서 반드시 오차가 발생할 수 밖에 없다. 이 식은 삼각함수에 대한 근사식이기 때문에 거리 D가 증가할수록 오차가 더 많이 발생될 것이다.2) 사용한 슬릿도 빛이 통과하는 부분이 다른 물질로 채워져 있었다. 빛이 슬릿의 면에 완벽하게 수직으로 슬릿을 통과한다는 것은 아닐 것이다. 이는 빛의 굴절로 인한 오차가 생길 수 있음을 보여준다.3) 빛이 센서의 면에 수직으로 비추어 지지 않았을 것이다. 이것은 슬릿과 센서사이의 거리 값인 D에 오차를 발생시킨다.결과적으로, 설명한 3가지의 원인이 복합적으로 작용하여 이러한 오차를 발생시켰다. 오차 요인 1) 에 의해서 이 측정이 필연적으로 오차를 발생시킬 수밖에 없는 실험임을 확인했다. 특히 D값이 클수록 오차가 증가하는데, 회절과 간섭으로 생기는 무늬가 선명하기 위해선 D는 어느 정도 크기를 가져야 하고, 그 외의 다른 요인 2), 3) 이 작용하여 적지 않은 오차의 원인이 되었다.◎ 추가 질문 사항들1. 레이저(Laser)란 무엇인가? Young이 사용한 간섭 실험 장치와 비교하여 생각해 보자.-> laser는 light amplification by stimulated emission of radiation 의 줄임말로 유도 방출에 의한 빛의 증폭을 뜻하는 단어이다. 이러한 레이저 광선은 동위상을 가지는 단색광의 직진하는 성질을 이용하여 여러 용도로 이용되고 있다. Young의 실험에서는 퍼지지 않고 똑바로 진행하는 광원의 역할이다.2. 단일슬릿 실험에서 슬릿폭이 좁을수록 또는 슬릿과 스크린 사이의 거리가 좁을수록 회절무늬는 어떻게 나타나는가?-> 슬릿의 폭이 좁을수록 슬릿과 스크린 사이의 거리가 좁을수록 회절의 정도가 커진다.3. 이중슬릿 실험에서 슬릿폭과 슬릿간의 간격이 각각 정수배와 반정수배일 경우 무늬는 어떻게 나타나는가?-> 이중슬릿에서 파장의 정수배이면 보강 간섭을 일으키게 되어 밝은 무늬를 나타내고, 빛의 경로 차가 반파장의 홀수배이면 상쇄 간섭을 일으켜 어두운 무늬가 생긴다.4. 간섭무늬와 회절무늬의 차이는 무엇인가?-> 간섭과 회절의 근본적인 차이는 없으나 보통 회절(diffraction)의 경우 무수히 많은 파가 합성되되 그 위상차이가 연속적인 값을 갖는 경우를 말한다.

공학/기술| 2010.12.28| 3페이지| 1,000원| 조회(646)

빛, 실험결과, 빛의 간섭, 빛의 간섭 및 회절

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