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[결과]다중 슬릿에 의한 간섭 평가A+최고예요

다중 슬릿에 의한 간섭θ5. DATA 및 DATA분석슬릿 폭(m)이론값 슬릿 사이 간격 d (m)스크린 까지 거리 A(m)이론값 파장(m)무늬 개수 n실험값 a (m)0.000040.0001254.0426.32810.02000.000040.0001254.0426.32810.02000.000040.0001254.0426.32810.02000.000040.0001254.0426.32810.0200실험값 파장(m)실험값 슬릿사이간격(m)(。)실험값 파장2(m)6.185060.0001280.004956.184986.185060.0001280.004956.184986.185060.0001280.004956.184986.185060.0001280.004956.18498평균6.185060.0001280.004956.18498표준편차0000파장 오차 (m)슬릿사이 간격 오차 (m)파장 상대오차(%)슬릿사이 간격 상대오차(%)1.429432.888882.25892.31111.429432.888882.25892.31111.429432.888882.25892.31111.429432.888882.25892.3111평균1.429432.888882.25892.3111표준편차0000다중 슬릿에 의한 간섭 실험은 영의 이중슬릿 실험 분석과 유사하다.그림에서 보는 바와 같이 평행 광선이 슬릿에 입사될 때, 슬릿의 폭이 충분히 좁기 때문에 각각의 슬릿은 격자 뒤의 먼 곳에 있는 스크린을 넓은 각도 범위에서 비취주고 있다고 가정하여 간섭이 다른 모든 슬릿으로부터의 빛들과 일어난다고 하자. 각각의 슬릿에서 직진하는 빛들은 서로 보강 간섭을 일으켜 중앙에 밝은 반점을 만들게 된다. 인접한 슬릿으로부터 빛들은 광로차가 정확히 파장의 정수배 즉(n은 정수)를 만족하는 값에서도 보강 간섭이 생긴다. (직관적으로 보면 파동이 서로 정수배가 되지 않으면 서로 상쇄되어 어중간한 강도를 가질 것이다.)이것은 이중슬릿의 경우와 똑같다. 따라서 다음과 같은 결과를 얻게 된다.(파장),(슬릿 사이의 간격)그리하여 우리는 여기서 파장의 값을의식과,의 두 개의 식으로 확인 할 수가 있다. 두 가지 식으로 구한 파장을 비교해 보면, 거의 일치하는 것을 알 수 있다. dsinθdθ로 가정하여 첫 번째 식을 두 번째 식으로 변형한것이기 때문에 거기에 따른 약간의 오차가 발생하는 것은 어찌 보면 당연한 일일수도 있겠다. 이 값을 실제 이론값과 비교해 봤을 때, 약간의 오차만 날 뿐 거의 이론값과 일치함을 보였다.이 실험에서는 슬릿의 폭과 슬릿 사이의 간격, 스크린까지의 거리 등 모든 것이 같기 때문에, 무늬의 간격 또한 일정함을 보였다. 따라서 슬릿 사이의 간격도 일치하였고, 때문에 표준편차가 0이 나오는 것을 확인해 볼 수 있다.6. 토의 및 토론이번 실험은 다중 슬릿에 의한 실험을 통해 간섭 및 회절을 알아보는 실험 이었다.파장과 슬릿 사이의 간격은 다음의 식과 같이 표현됨을 앞서 밝힌바 있다.이는 영의 이중슬릿에 의한 간섭 실험에서=dsinθ=dtanθ=보강간섭(명) (m=0,1,2,3,)위와 같은 식으로 표현되어 이중슬릿과 똑같은 결과를 가져오게 된다. 실제 파장을의식과,의 두 가지 식으로 구해 보았을 때, θ가 아주 작을 때: ( A>>d ) dsinθdθ 가정함에 의해 약간의 차이만 보였을 뿐 거의 같은 결과를 얻게 되었다.그러나 여기서 한 가지 다른 점이 있다면, 슬릿의 수가 많아질수록 극대는 더 예리하고 더 좁다는 사실이다. 즉, 격자의 선의 수가 많으면 많을수록 극대 값은 예리하게 되고 더욱 정확한 빛의 파장을 측정할 수 있다.위의 공식에서가 90도를 넘을 수가 없으므로 가장 높은 차수는로 표시 된다. 따라서 슬릿 사이의 간격 d가 좀 더 큰 격자는 작은 격자보다 더 많은 차수를 발생시킨다. 즉, 스크린 상에서 더 많은 무늬를 관찰할 수 있다. 위의 실험에서는 슬릿의 폭과 슬릿 사이의 간격 등이 모두 같아 그러한 결과를 확인 할 수 없었으나 위의 식을 통해 이를 짐작할 수 있다. 또한, 입사광이 빛이 여러 가지 다른 파장을 포함한다면 이것을 다색성원이라 한다. 격자에 의해 각 파장은 각 차수내의 각에서 상을 형성하고 구성성분 파장으로 분포시킴으로써 스펙트럼을 형성하게 될 것이다.또한 이중 슬릿과는 다르게 다중 슬릿의 경우 명 점 사이에 작은 명점들이 생기는 것을▲ 명 점 사이에 작은 명 점이 있는 것을 볼 수 있다.볼 수 있다. 화면의 중앙에 비춰지는 절대적인 빛의 밝기는 슬릿의 수n에 의존한다. 빛의 세기를 구하는 다음과 같은 공식에서,에 의존하는 앞의 항은 둔감하게 변하고에 의존하는 항은 민감하게 변한다. 여기서 분자는 빠르게 변하고 반면에 분모는 느리게 변한다. 특히 분모가 0이 되는에서 최대값 1을 갖게 되어 주요최대 값(principal maxima)을 형성한다. 한편항 때문에 주요최대 값 사이에 n-2개의 보조최대 값(subsidiary maxima)을 만드는데 이는이 최대값을 갖는 지점,즉근처에서 생긴다. 따라서 이중 슬릿과는 다르게 명 점과 명 점 사이에 작은 명 점이 생기는 것을 관찰 할 수 있다. 그러나 이 보조 최대값은 거의에 의존하여 n이 커질수록 급격히 줄어든다.위와 같이 영의 이중 슬릿과 비슷한 결과를 가지지만 다른 점들을 확인 할 수 있었다. 실험 결과 이론값과 파장의 값과 슬릿 사이의 간격의 값은 이중슬릿과 비슷하게 거의 일치함을 확인 할 수 있었다. 약간의 오차가 발생 하였는데 오차의 원인을 따져 보자면, 먼저 이중 슬릿의 경우와 같이 스크린 상의 무늬의 거리를 잴 때, 정확히 중앙에 표시하여 수치를 얻기 힘들기 때문에 오차가 발생할 수 있을 것이다. 이는 특히 다중 슬릿의 실험에서 사진에서도 확인 할 수 있는 것처럼 빛이 회절이 많이 일어났기 때문에 간섭무늬를 재는 것에 어려움이 있었다. 다음으로 θ가 아주 작을 때: ( A>>d ) 를 가정하고 dsinθdθ로 하여 구한의 식으로 계산을 할 때, 약간의 오차가 발생할 수밖에 없을 것이다. 이는식과 대조해 보면 또한 차이가 나는 것을 확일 할 수 있다. 또한, n이 1일 때가 아닌 여러 번의 n의 개수로 Data를 얻어 실험했더라면 더욱더 이론값에 근접한 결과를 얻을 수 있지 않나 생각한다. 다중 슬릿에 의한 간섭 실험을 이용하여 간섭 이론이 실제와 부합함을 확인 할 수 있었고, 또한 빛의 파동성의 증거를 확인 할 수 있었다.7. 결론이번 실험은 다중 슬릿에 의한 실험을 통해 간섭 및 회절을 알아보는 실험 이었다. 그에 따른 결론은 다음과 같다.

자연과학| 2009.10.06| 5페이지| 2,500원| 조회(1,502)

광학실험, 물리실험결과레포트, 다중슬릿, 슬릿에 의한 간섭, 다중 슬릿 간섭, 간..

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[결과] Propagation of microwave along lines

1. 실험 요약장애물을 이용하여 마이크로파(microwave)의 전달과 그 특성을 이해하도록 하는 것이 실험의 목적이다. 빛의 파동적인 현상을 잘 이해하기 위하여 본 실험에서는 빛(가시광선)보다 파장이 훨씬 길어 수 cm정도의 파장을 갖고 있는 마이크로파를 이용한다.①마이크로파(microwave)파장의 범위가 1mm부터 1m 사이인 전파들을 모두 가리키는 용어이다. 파장이 짧으므로 빛과 거의 비슷한 성질을 갖고 있으며 살균력이 강하다는 특징이 있다. 물에 잘 흡수되어 열을 내는데 이 성질을 이용한 가전제품이 바로 전자레인지이다. 전파 천문학 등의 영역에서도 널리 쓰이고 있다.②반사, 굴절의 법칙입사각을 θi, 반사각을, 굴절각을라 하고 파가 속도 vi인 매질에서 vt인 매질로 입사했을 때 두 법칙은 다음과 같이 표현된다.2. DATA① 거리에 따른 전압물체가 없을 때도체부도체거 리(cm)전압(mv)전압(mv)전압(mv)0-3.23.83.313.825.83.81.433.8421.63.8-453.8619.73.812.473.885.43.813.193.8106.33.88.3113.81218.43.86.8133.8143.83.810.4153.88.53.89.03.89.55.410.010.510.54.211.03.811.54.012.011.012.54.513.04.613.518.114.021.814.56.115.03.815.59.616.08.516.53.8②프리즘거리(cm)전압(mv)0.03.80.53.81.03.81.53.82.03.82.53.83.03.83.53.84.03.84.53.85.03.85.53.86.03.86.53.87.03.87.53.88.03.83. DATA분석이번 실험은 실험기구가 잘 조작되지 않았고, 여러 가지 측정이 어려웠기 때문에 측정 결과의 값이 잘 나오지 않았다. 따라서 그래프로 나타내어 분석하는 것이 큰 의미를 갖지 못하게 되었다. 일단 도체에서만은 전혀 변함이 없이 일정한 전압 값을 유지하여 나왔고, 물체가 없을 때와 있을 때 여러 오차를 보이며 그래프를 나타내었다. 그것을 감안하여 대략적인 분포를 본다면 거리에 따라 마이크로파의 측정 전압 값이 높아졌다가 이내 다시 3.8mv의 값을 유지하는 형태로 나왔다. (나머지 뒷부분은 3.8mv로 계속 변화 없음)그리고 여기서 아무것도 없을 때 보다, 부도체가 있을 때 최고치를 비교해 보면 더 적은 값을 가지는 것을 볼 수 있다.프리즘의 경우에는 전반사 되지 않고, 굴절되어 앞장의 그림과 같은 굴절의 형태를 보였다. 9.5~10.5 cm인 곳에서 처음으로 마이크로파를 관측할 수 있었으며 (전압의 변화가 생김) 그 이후에도 마이크로파가 관측되었는데, 이는 굴절된 마이크로파가 일정거리 동안 관측된 것으로 보인다.4. 토의 및 토론이번 실험은 전체적으로 좋은 결과를 얻지 못하였다. 그 이유는 우선 실험 장치에서 마이크로파를 측정하는데 있어서, 일정한 값의 측정이 어렵고 값의 변화가 큰 격차를 보여 값의 측정이 어려웠다. 따라서 그래프의 분석 또한 오차의 범위가 넓어서 대략적인 결과의 분석으로만 실험결과를 확인 할 수 있었다.이번 실험은 거리에 따라 마이크로파를 물체가 없을 때, 도체, 부도체에서의 세기를 관측하고, 프리즘에서 굴절되는 위치를 관측하는 것이었다.우선 물체가 없을 때는 거리에 따라 그 세기가 커졌고, 이는 도체의 경우에 마이크로파가 반사나 회절이 되어 통과되는 마이크로파가 관측되지 않았으며, 부도체의 경우에는 마이크로파가 크게는 반사되지 않았지만 물체가 없을 때보다는 약간 반사되어 물체가 없을 때보다는 그 세기가 작은 값으로 관측됨을 알 수 있었다.프리즘의 경우에는 전반사 프리즘은 아니었기 때문에 전반사는 일어나지 않았고 굴절되어 9.5~10.5 cm인 곳에서 처음 관측되었고 나머지의 그 뒤의 변화는 아래쪽으로 굴절되어 그 뒤에도 일정거리동안 굴절된 마이크로파가 관측된 것으로 예상된다.이번 실험은 약간 실험이 잘 되지 않아 아쉬운 감이 있지만 실험을 통해 전자레인지에 대해서 조금 이나마 알게 되었다. 전자레인지는 마이크로파를 이용하여 음식물을 가열하는 전기기구인데 그 사용 주파수가 915 MHZ 와 2.45 GHZ 를 가정용 레인지에 사용 한다. 마이크로파가 음식물을 투과하면서 음식물속의 수분 (물 분자)이 1초간에 24 억 여번의 분자 배향에 의한 회전운동을 일으킨다. 이때에 분자 간에 마찰열이 발생하는데 이 열에 의하여 음식물이 익기도 하며 뜨겁게 데워지기도 한다. 그런데 알루미늄 호일로(도체로) 음식물을 싸서 마이크로파 가 발생되는 레인지에 넣으면 마이크로파는 호일이 금속도체이기 때문에 투과되지 못하고 반사하여 버린다. 이로 인하여 음식물에는 마이크로파가 접근하지 못하여 음식물은 데워지지 않는다. 마이크로파는 직접파로 파장이 아주 짧아 금속 체에 닿으면 반사 또는 회절 되는 성질이 있다. 이는 휴대폰이 금속체로 싸인 곳에 들어가면 통화가 어려운 경우와 비슷한 경우라고 한다.

자연과학| 2009.05.03| 4페이지| 2,000원| 조회(210)

마이크로웨이브, microwave, 마이크로파, 마이크로파 실험, 결과 레포..

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[예비] Image formation from spherical mirror

Image formation from spherical mirror1. 실험 목적구면거울에서 생기는 상을 관측함으로써 빛의 반사의 원리를 이해한다.2. 이론 및 원리① 구면 거울구면의 일부를 반사면으로 하는 거울로서, 구의 바깥쪽을 반사면으로 하는 凸형의 구면거울은 볼록거울이라 하며, 구의 안쪽을 반사면으로 하는 凹형의 구면거울은 오목거울이라 한다. 볼록거울·오목거울 어느 것이나 결상작용(結像作用)이 있다. 평면거울보다 훨씬 넓은 범위를 바라볼 수 있게 한 백미러의 볼록거울이나, 빛을 한 곳으로 모으는 집광기(集光器)의 오목거울 등이 대표적 예다. 이밖에 반사망원경 등 정밀한 광학기계에도 널리 이용된다.② 구면거울 초점거리구면거울에서 빛이 반사될 때 반사의 법칙을 적용시키면 상은 다음과 같은 방법에 따라 작도할 수 있다.- 거울축(광축)에 나란한 빛은 반사 후 초점을 지난다.- 초점을 향하는 빛은 반사 후 거울축에 나란하다.- 구심을 지나는 빛은 반사 후 그대로 구심을 지난다.- 거울 중심을 지나는 빛은 거울축에 대해 입사각과 같은 각을 이루며 반사한다.위와 같은 오목거울에서 거울 중심(경심)에서 물체까지의 거리를 a, 거울 중심에서 상까지의 거리를 b,거울의 초점 거리를 f라고 할 때 ΔABC∝ ΔA'B'C, ΔOAB∝ ΔOA'B' 임을 이용하면 구면거울의 공식을 얻을 수 있다. 이 공식은 볼록거울의 경우에도 다음과 같은 부호 규칙을 사용하면 적용할 수 있다.1) 상의 위치 b의 부호는 (+)이면 실상, (-)이면 허상을 나타낸다. 즉, 실상은 거울면 앞에 있고, 허상은 거울면 뒤에 있다.2) 초점거리 f의 부호는 오목거울의 경우에는 (+), 볼록거울의 경우에는 (-)이다. 이렇게 정의하는 이유는 오목거울의 초점은 거울면 앞에 있고, 볼록거울의 초점은 거울면 뒤에 있기 때문이다.3) 물체의 위치 a의 부호는 거울면 앞에 물체가 있는 경우 (+), 거울면 뒤에 있는 경우 (-)이다. 물체가 거울면 뒤에 있다는 것은 여러개의 구면 거울을 동시에 사용하는 경우에 하나의 구면거울에 의한 상이 다른 구면 거울의 뒷면에 생기는 경우를 의미한다.이 관계식이 정확하게 성립되는 것은, 빛이 광축에 따라 좁은 폭을 가지고 입사할 때이다. 거울면 전체에 들어오는 빛이나 광축에 대해서 큰 각도로 입사하는 빛에 대해서는 엄밀히 성립하지는 않는다. 이 경향은 특히 초점거리가 거울에 비해서 작을수록 두드러지며, 이것을 일반적으로 구면수차라 한다. 구면수차를 피하기 위해서는 보통 구면거울 대신에 반사면을 포물면으로 한 포물면거울이 사용된다. 상의 배율 m은m=-b/g이다. m의 부호가 (+)이면 정립(바로 서있는)상이고 (-)이면 도립(거꾸로 서있는)상이다.③ 오목거울에 의한 상물체의 위치에 따라 상의 위치와 종류와 크기가 바뀝니다. 물체의 위치 a에 따라 다르며, 오목 거울에 의한 상은 도립 실상과 확대된 큰 허상이다.오목거울의 경우 물체가 초점거리 안쪽에 있으면 확대된 허상이 생기며 그 밖에 있으면 도립 실상이 생긴다. 즉, 오목거울에서는 상의 성질이 물체의 위치에 따라 변하며,1) 물체가 초점보다 거울 가까이에 있을 때는 정립된 상(허상)이 확대되어 나타남.2) 물체가 초점과 구면 중심의 중간에 있을 때는 도립된 실상이 확대되어 나타남.3) 물체가 구면의 중심보다 먼 곳에 있을 때는 축소된 도립상(실상)이 됨.3. 기구 및 장치광학대, 광원, 광학 부품 고정대 3개, 초점거리 50mm 구면 거울, 스크린, 십자 화살 표적4. 실험 방법① 초점거리1) 그림처럼 장치하는데 거울은 오목한 면이 광원을 바라보게 놓는다. 스크린은 필라멘트로부터 나온 빛이 거울에 도착할 수 있도록 광학 부품 고정대의 반만 막도록 붙인다.2) 거울의 초점거리를 알아보기 위하여 거울의 위치를 될 수 있으면 화살 표적으로부터 멀리 놓는다. 스크린의 위치를 바꾸면서 표적의 상이 있는 곳을 찾는다. 오목한 거울의 초점거리는 얼마로 측정되었는가?② 상의 위치, 배율, 상 뒤집힘1) 렌즈 방정식의 타당성을 검증하였다. 이 때 상의 배율은 m=-로 주어진다. 이 실험에서는 구면 거울에서 상의 형성이 같은 방정식으로 표현되는지 시험한다.2) 위치마다 스크린을 움직여서 명확한 상이 맺힐 수 있게 한다. 구면 거울에 의해 생기는 실상의 위치가 기초 렌즈 방정식에 의하여 구한 결과와 잘 맞는지를 확인한다.

자연과학| 2009.05.02| 4페이지| 1,500원| 조회(451)

물리 실험, 광학 실험, 구면거울, 예비 레포트, spherical mirr..

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[예비] Fresnel 거울에 의한 간섭

Fresnel 거울에 의한 간섭1. 실험 목적레이저 광(He-Ne)의 파장 λ를 결정하기 위하여 두 개의 허광원들의 간섭을 정량적으로 평가한다.2. 이론 및 원리① 프레넬프레넬 (Augustin Jean Fresnel, 1788∼1827)프랑스의 노르망디 브롤리에서 출생한 물리학자인 프레넬은 파리의 이공과대학에서 토목공학을 공부하였다. 18세기 말경의 광학은 뉴턴의 주장에 의해 빛이 입자라는 가설이 주류를 이루었으나, 19세기에 접어들면서 광물의 광학적 성질이 상세하게 연구되기 시작하자 광학 이론의 체계화가 다시 시작되었다. 프레넬은 1815년경부터 물리학의 실험 연구를 시작하여, '빛의 회절에 관하여' 라는 논문에서 영과는 별개로 입자설을 비판하고, 영에 의해 진전된 빛의 파동설을 확립하는 데 많은 공헌을 했다. 그는 또 빛의 수차를 연구하고 간섭무늬를 만드는 다양한 장치를 고안했으며, 수학 해석을 충분히 활용하여 그 때까지의 파동설로는 설명이 불가능한 것으로 여겨지고 있던 빛의 직진과 그림자의 존재까지도 설명하고, 빛의 반사·굴절 등을 설명하여 빛의 파동설을 굳건히 확립하였다. 이후 그의 회절 이론을 '프레넬 회절'이라고 합니다. 또한, 오늘날 OHP 등에 쓰이는 프레넬 렌즈도 만들었다.② Fresnel 거울에 의한 간섭Fresnel 거울은 서로에 대하여 약간 기울어진 두 개의 평면거울로 이루어진다. 거울에서 반사된 한 쌍의 이웃하는 가 간섭성의 허광원들로 나타나며, 이 한 쌍의 허광원은 서로 간섭한다. 평행한 간섭 띠들의 계는 Fresnel 거울로부터 반사 빛으로 이루어진다. 그러므로 두 개의 별개 광원들은 그들의 비가간섭성 때문에 어떤 간섭을 일으킬 수 없다는 문제가 피하여 진다. 단일 광원으로부터 두 개의 허광원이 반사에 의해 만들어지고 이들은 가간섭성이다.이 실험에서 무늬의 거리 d와 허광원의 거리 a는 측정된다. (a는 광원에 의해 비춰진 상의 거리로부터 측정된다) 이것과 실험장치의 기하학적 측정으로부터 사용된 레이저 광의 파장 λ가 계산된다.광원과 측정 평면 사이의 거리를 L로 표시하면 이중 슬릿에 유사하게 다음식이 적용된다.-------(1)그 이유는 두 개의 연속 광도 최대치 사이의 각거리 θ는 적은 각에 대해서 다음과 같이 되기 때문이다.그러면 대응하는 공간거리 d는 다음과 같다.그러므로이다.(1)식은 실험에서 증명된다. 허 광원 상의의 거리는 거리 A를 사용함으로써 결정된다. 기하학적으로 다음의 관계를 얻을 수 있다.3. 기구 및 장치He-Ne 레이저, 작은 광학대, 큰 스탠드 베이스, Fresnel 거울, 죔쇠, f=200mm인 렌즈, Vernier caliper, 강철 테이프 자, f=5mm인 렌즈4. 실험 방법① 장치를 조립한다. 퍼져가는 레이저 광이 거울의 두 쪽 사이에 있는 분할하는 모서리의 중간으로부터 처음에 반사되고 그 다음 렌즈의 중앙으로부터 반사되도록 5mm 렌즈와 거울을 조절한다.② 2m 떨어진 벽에 광속이 부딪히도록 광학대를 일직선으로 세운다. 뒤 쪽에 있는 렌즈를 움직임으로써 두 개의 구두점형의 허광원들의 분명한 초점 상을 벽 위에 그린다.

자연과학| 2009.05.02| 3페이지| 1,000원| 조회(605)

물리 실험, Fresnel, 광학 실험, 예비 레포트, fresnel 간섭

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[예비] Propagation of microwave along lines

Propagation of microwave along lines1. 실험 목적전자기파의 일종인 마이크로웨이브를 이용하여 전자기파의 특성을 이해할 수 있다. 마이크로파는 수 cm 정도의 파장을 갖고 있어 실험실에서 쉽게 파동의 여러 성질을 재현할 수 있다. 본 실험은 마이크로파를 이용한 여러 실험의 준비 단계로서 반사의 법칙과 굴절의 법칙을 확인하고, 정상파를 형성하여 그로부터 파의 파장을 정확하게 측정한다.2. 이론 및 원리빛의 파동적인 현상을 잘 이해하기 위하여 본 실험에서는 빛(가시광선)보다 파장이 훨씬 길어 수 cm정도의 파장을 갖고 있는 마이크로파를 이용한다. 마이크로파도 빛과 마찬가지로 전자기파의 일종이기 때문에 빛이 가지고 있는 거의 대부분의 현상을 나타내는데, 파동으로서의 여러 성질들은 가시광선의 빛인 경우 파장이 작아서 보통의 경우에는 잘 나타나지 않는 반면 마이크로파의 경우에는 파장이 적당하여 실험실에서 그 효과를 쉽게 관측할 수 있다. 일반적으로 파동은 어떤 물리량이 주기적으로 변하면서 그 변화가 공간을 따라 전파되어 나가는 것을 말한다. 그 물리량이 기체의 압력일 때는 보통 소리라고 하는 음파가 되고, 평형위치에서 수면의 변위일 때는 수면파가 된다. 그 외에도 지진파, 줄의 진동 등이 있다. 보통 파동으로 되는 물리량은 서로 공간적으로 영향을 주고받을 수 있어 유기적으로 연결되어 있어야 하고 또한 평형상태로 되돌아가려고 하는 탄성이 있어야 한다. 자연현상에서는 여러 가지 종류의 파동이 있고, 그 전파모양이나 진동모양이 일정하지 않다. 그러나 어느 경우든지 파동이라 함은 은 물리량이 존재하고 있는 바탕으로 볼 수 있는 매질이 전파되어 나가는 것이 아니라, 그 매질의 성질이 전파되어 나가는 것이다.전기장과 자기장의 경우도 한쪽의 변화가 다른 것을 변화시키고, 그 때문에 다시 자기 자신이 변화되어 결국에는 공간에서 파동형태로 전파되게 된다. 이를 전자기파라 한다. 이 파동은 특이하게 매질을 바탕으로 하여 전파되는 것이 아니라, 공간 그 자체를 바탕으로 하여 전파된다. 진공에서의 그 속도는 잘 알고 있는 대로 30만km/sec이다. 이 파의 파장에 따라 우리는 전파(장파, 중파, 초단파, 마이크로파 등), 빛(적외선, 가시광선, 자외선 등), X-선, γ-선 등 구분하여 부르는데 각각은 발생방법이 다르다.그러나 이 모두는 전자기파로서의 공통적인 성질을 갖고 있다. 전파로서의 마이크로파는 파장이 극히 짧아서 많은 정보를 실어보낼 수 있기 때문에 위성통신, 정보통신등의 분야에 널리 쓰인다. 뿐만 아니라 마이크로파는 금속에서 잘 반사되고, 유리, 공기, 종이등에서는 잘 투과되나 수분을 포함하는 음식물 등에서는 흡수되어 발열을 하므로 이를 이용하여 음식을 가열하는데 쓴다. 지금은 가정에서도 많이 볼 수 있는 마이크로파 오븐(전자렌지)이 바로 물에 가장 잘 흡수되는 2.45GHz의 마이크로파를 이용한 조리기구이다. 보통 마이크로파를 발생시키는데는 진공관, 마그네트론 등을 이용한다. 본 실험에서는 건 다이오드(gunn giode)라 하는 마이크로파 발진 다이오드를 써서 미약한 신호를 발진시켜 이를 이용한다.레이저의 경우처럼 특수한 경우가 있지만 보통의 광원은 결이 잘 맞아 있지 못할 뿐더러 파장도 일정하지 못하여 간섭이 잘 일어나지 않는다. 그러나 전자 회로를 통하여 발진되는 전파는 일반적으로 파장도 일정하고 또한 결이 잘 맞아 있어서 쉽게 간섭이 일어난다. 본 실험에서는 파장이 수 cm인 마이크로파를 이용하므로 간섭도 그 정도의 공간적인 차이에서 생기기 때문에 쉽게 정상파도 만들 수 있고, 또 그 정도의 간격을 갖는 그물망에서 편광이 되기도 한다.①반사, 굴절의 법칙평면파가 균일한 매질을 진행할 때는 진행 방향을 바꾸지 않고 직진을 하지만, 전파속도가 다른 매질의 경계면에 진입을 하면 진행 방향이 바뀌게 되고(굴절), 또한 그 경계면에서 부분적인 반사가 일어난다. 입사파의 진행 방향과 매질의 경계면, 굴절파의 진행 방향, 반사파의 진행방향 사이에는 간단한 관계가 성립한다. 즉 입사각과 반사각은 같다는 반사의 법칙, 입사각과 굴절각의 sin비는 각 매질에서의 파동의 전파속도의 비로 주어 진다는 것이다. 이는 파동의 일반적인 속성으로서 입자의 경우에는 반사의 법칙은 단순계일 때는 성립하지만 굴절의 법칙은 성립하지 않는다. 특히 굴절의 법칙은 전파속도의 비에 대해 반대로 성립하는 경향이 있어 역사적으로 빛이 파동의 성질을 가지고 있는 증거가 되기도 하였다.입사각을 θi, 반사각을, 굴절각을라 하고 파가 속도 vi인 매질에서 vt인 매질로 입사했을 때 두 법칙은 다음과 같이 표현된다.②정상파그림 1. 정상파.그림의 오른편에서 왼편으로 입사하는 파동이 왼쪽에 있는 벽을 만나서 반사되어 나온다. 이때 반사되어 나오는 파는 입사파에 비하여 반대의 위상(180o)을 가지고 있다. 입사파와 반사파가 합성되어 오른편에 적혀 있는 시간별로 파가 진동을 한다.그림 1에서 보이는 것처럼 서로 반대로 움직이고 진폭이 거의 같은 두 파가 만나면 제자리에 머물면서 진동을 하게 된다. 이렇게 공간적으로 전파되지 않고 진동을 하는 파동을 정상파라 한다. 정상파(standing wave)에서 두 전기장이 상쇄되어 없어지는 위치들을 마디(node)라고 하는데 마디들은 중첩된 전자기파 파장(λ)의 절반 만큼씩 떨어져 위치한다. 이웃한 마디와 마디의 중간점에는 전기장 진폭이 최대가 되는 위치들이 있게 되는데 이 위치들을 배(antinode)라고 한다. 이웃한 배들 사이의 간격도 λ/2이다. 그러므로 실험적으로 정상파를 만들고 그 정상파의 마디와 마디사이 간격이나 배와 배사이의 간격을 측정할 수 있다면 정상파를 만든 전자기파의 파장을 알아낼 수 있다.이렇게 정상파가 생기는 것은 한쪽으로 진행하는 파가 벽에 부디 쳐서 반사가 될 때 주로 일어나는데 반사될 때 위상의 변화에 따라 마디와 배가 생기는 위치가 다르다. 또한 반사되는 파가 일부 벽면에 흡수된다면 마디가 명확하게 형성되지 않아 약간 진동을 한다.3. 기구 및 장치(1) 마이크로파 송신기 : 건 다이오드(gunn diode)를 사용하는 본 장치는 약 15mW의 출력을 낸다. 보통의 학생 실험용 장치에서 발사되는 마이크로파는 진동수가 10.5GHz, 파장이 약 2.9cm이고 선형편광되어 있다. 전원공급장치가 따로 있어 잭을 통해서 전압을 공급한다. 건 다이오드는 공명상자속에서 마이크로파에 대한 비선형의 저항체로서의 역할을 하여 출력은 다이오드의 축방향으로 선형편광되어 있다. 이 다이오드는 나팔형태의 금속관 가운데에 놓여 있다.(2) 마이크로파 수신기 : 마이크로파 송신기의 나팔관과 같은 모양의 금속관이 앞에 달려 있어 그로부터 발생된 마이크로파를 잘 받아들이게 되어 있다. 그리고 나팔관 속에는 역시 마이크로파에 감응하는 다이오드가 들어 있어서 거기에 나란한 방향의 선형편광된 것만 받아 들인다. 이렇게 입력된 파의 세기를 전류의 눈금으로 읽을 수 있다. 한편 본 수신기에는 감도를 조절할 수 있는 몇 단계의 스위치와 각 단계를 연속적으로 미세 조절할 수 있는 가변저항이 달려있다. 그리고 전원은 건전지를 사용하고 전원스위치는 감도조절용 스위치와 같이 되어 있다.(3) 금속 반사판 : 금속판은 마이크로파에 대해 완벽한 거울이 된다. 파의 파장보다 작은 눈금의 그물망도 거울로 행동한다. 통신용 마이크로파 송신기나 수신기의 접시형 반사판이 그물망으로 된 것을 볼 수 있을 것이다.(4) 프리즘 : 작은 스틸렌(styrene) 구슬 을 프리즘 형의 스티로폼에 담아서 쓴다.

자연과학| 2009.05.03| 7페이지| 2,000원| 조회(237)

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