목차1.빛이란2.빛의 입자설·파동설3.빛의 이중성4.빛의 굴절5.빛의 반사6.빛의 간섭·회절7.광속도의 측정8.에테르9.전자기파로서의 빛10.빛의 편광11.참고문헌1.빛이란?파장 1㎜~1㎚, 즉 적외선부터 <가시광선(可視光線)>을 지나 자외선까지의 전자기파이자 <광자(光子, photon)>의 흐름·행동으로 설명되는 이중성적 에너지의 한 형태. 빛을 광(光)이라고도 하며, 빛이 지나는 경로를 직선으로 나타내어 광선이라 하고, 빛에 의해 전달되는 에너지를 빛에너지라 한다. 가시광선은 사람의 눈을 통해 시각을 일으킬 수 있는(즉, 가시역의) 빛이며, 대체로 파장 810~380㎚(실용적으로는 750~390㎚), 진동수 4×10~8×10㎐ 정도의 전자기파이며, 이전에는 가시광선만을 빛이라고 하였다〔그림 1〕. 그러나 현대에서는 일반적으로 가시광선뿐만 아니라, 가시광선의 긴 파장 쪽의 끝 부분인 적색광(赤色光)보다도 파장이 긴 적외선(파장 750㎚~1㎜)부터 가시광선의 짧은 파장 쪽의 끝부분인 자색광(紫色光)보다도 파장이 짧은 자외선(파장 1~390㎚)까지의 파장 범위의 전자기파를 빛이라고 하게 되었다. 즉 오늘날 물리학적으로는 파장 1㎜~1㎚의 범위에 있는 전자기파를 빛이라고 한다. 일반적으로 적외선·가시광선·자외선을 빛이라 하는데, 경우에 따라서는 자외선보다도 파장이 짧은 X선(수십~0.01㎚ 정도), 선(0.01㎚ 이하)도 빛에 포함시킨다. 사람에게 가시광선은 파장이 긴 빛에서부터 파장이 짧은 빛의 차례로 빨강에서 보라까지의 연속적 색각(色覺)을 일으킨다. 색각에 의거하여 가시광선을 파장에 따라 대체로 빨강(파장 750~620㎚), 주황(파장 620~585㎚), 노랑(파장 585~575㎚), 녹색(파장 575~500㎚), 파랑(파장 500~445㎚), 남색(파장 445~425㎚), 보라(파장 425~390㎚)의 7가지 색, 즉 무지개색으로 나누기도 한다. 이 색들의 빛을 햇빛을 이루고 있는 비율로 섞으면 흰색으로 보이는 <백색광>으로 되는데, 이것은 빨강과 청록 또 둘러싼 임의의 폐곡면(閉曲面)이 있을 때 파동이 이 폐곡면 위에 도달하면, 이 폐곡면 위의 각 점이 새로운 파원이 되어서 2차파가 무수히 많이 생겨난다. 그리고 폐곡면 밖으로 생겨난 무수히 많은 2차파들이 공통적으로 접하는 곡면, 즉 포락면(包絡面)이 다음 파면이 된다. 이상의 과정과 마찬가지로 파면 위의 각점을 파원으로 하여 생겨난 2차파들이 공통적으로 접하는 다음 파면이 이루어진다이를 <호이겐스의 원리>라 한다. 호이겐스는 파동설에 의거해서 빛의 반사·굴절 현상을 설명할 수 있었으나, 그의 이론만으로는 빛의 직진성에 의한 그림자 형성 현상을 설명할 수 없었다. 또 빛은 파장이 매우 짧기 때문에 당시의 수준으로는 파동의 중요한 특징인 회절·간섭 현상을 빛에 관해서는 실험적으로 확증할 수 없었다. 그래서 뉴턴의 권위가 학계를 지배했던 당시에는 토대가 약한 빛의 파동설은 믿어지지 않았고, 이해하기 쉬운 입자설이 광학의 주류를 이루었다. 그러나 1세기가 지나 19세기에 들어서면서 영국의 T. 영에 의해 빛의 간섭 현상이 관측되었다. 또 영에 의해 빛의 간섭이(1801), 프랑스 A.J. 프레넬에 의해 빛의 회절이(1822) 파동설에 의거해서 설명되었으며, 또한 프랑스 J.B.L. 푸코에 의해 광속은 진공속에서보다도 매질 속에서 더 느려진다는 사실이 측정되는 등 빛의 파동설의 토대가 굳혀졌다. 이로써 빛의 파동설은 비로소 믿을 수 있는 학리로 인정받게 되었다. 특히 프레넬의 빛의 파동설인 <탄성파론>은 <소리(음파)가 외력에 대해 저항성이 있는 탄성체 속에서 전도되는 파동인 것처럼, 빛도 특별한 탄성매질(빛에테르) 속에서 전파되는 파동이다>라는 생각을 바탕으로 한 것이었다.영은 두 슬릿을 이용한 실험을 통해 빛의 간섭 현상을 증명했는데, 프레넬은 <영의 실험>을 호이겐스의 원리와 연계시켜서 <회절은 파면 위의 모든 점에서 발생하는 파동의 간섭에 의해서 일어나는 것>이라는 생각을 바탕으로 빛의 탄성파론을 확립했다(1818). 또 프레넬의 이론은 호이겐스 원리의 수학속박 에너지(일함수)보다 큰 에너지의 광량자와 충돌하여야 한다.○금속의 일함수는 한계 진동수를 ν0. 한계 파장을 λ0라 하면,○금속에서 광전자가 방출되기 위해서는 진동수가 ν0보다 큰 빛, 즉 파장이 λ0보다 짧은 빛을 비추어야 한다.(2) 콤프턴 효과 (compton effect)① 콤프턴 효과 : 물질에 X선을 쬐면 그 일부가 산란되는데, 1923년 콤프턴은 산란된 X선의 파장(λ')이 입사된 X선의 파장(λ)보다 길어지는 것을 발견하였다.○파동설로는 입사된 X선의 파장과 산란된 X선의 파장이 동일해야 하므로 이 현상을 설명할 수 없다.○콤프턴은 X선을 광자의 흐름이라는 입자설의 입장에서 광양자와 전자의 충돌로 설명하였다.○ 에너지의 보존 :○운동량 보존 :○상대론에 의해[참고] X선의 발생[1] 고속의 전자를 금속판에 충돌시키면 파장이 매우 짧은 전자기파가 나오는데, 1895년 뢴트겐이 발견하였다.[2] 에너지 관점에서 보면, 전자의 운동 에너지가 전자기파의 에너지로 전환된 것이므로[3] X선의 발생은 광전 효과의 역과정이다.(3) 빛의 이중성① 빛의 파동성 : 빛의 회절, 간섭, 편광 현상 등은 파동설로만 설명할 수 있다.② 빛의 입자성 : 광전 효과, 괌프턴 효과, 광압 현상 등은 입자설로만 설명할 수 있다.③ 빛의 이중성 : 테일러는 광자 하나하나에 의해서도 간섭현상이 일어난다는 것을 실험하였다. 따라서 광자는 파동성을 지지고 있는 입자, 즉 빛은 입자성과 파동성을 모두 가지고 있는 것이라고 할 수 있다. 빛은 이중성을 가지고 있지만 파동성과 입자성을 동시에 나타내지는 않는다. 광자의 에너지 크기와 상호 작용의 조건에 따라서 파동성을 나타내기도 하고 입자성을 나타내기도 한다.4.빛의 굴절먼 데 있는 물체를 한쪽 눈으로만 보면서 물체와 눈 사이에 손가락을 넣으면, 그 물체의 전체 또는 일부분이 보이지 않게 된다. 이것은 물체 위의 한 점 P에서 방출된 빛이 손가락 뒤쪽으로는 거의 돌아가지 않는다는 것을 나타내는 것이다. 즉, 빛은 직진하는 성질이 있향으로도 전달되는 현상을 <파동의 회절>이라 한다. 음파의 경우에는 파장이 1m 정도이므로, 음파는 이 정도로 큰 물체의 뒤쪽으로도 돌아갈 수 있으며, 따라서 담 너머에서 나는 소리도 들을 수 있다. 그러나 빛(가시광선)의 파장은 음파 파장의 1/10 이하이므로, 흔히 볼 수 있는 큰 물체에서는 빛의 회절현상이 잘 나타나지 않는다. 따라서 빛은 보통 직진하는 것으로 생각해도 되며, 따라서 우리는 주변의 큰 물체들을 똑똑히 볼 수 있다. 이에 대해 머리털 등 작은(가느다란) 물체의 그림자를 면밀히 살펴보면 그림자의 가장자리가 뚜렷하지 않고, 또 그림자 부분에도, 빛이 비치는 부분에도 밝고 어두운 회절줄무늬가 생기는 것을 볼 수 있다. 이 빛의 회절 현상과, 어째서 뒤로 역행하는 파동은 생기지 않는가에 대해 프레넬은 호이겐스의 원리를 일부 수정하여 <2차파의 진폭은 1차파와 2차파의 진행방향 사이의 각도가 증가함에 따라 감소되며, 또 이 각도가 180로 되면 0으로 되기 때문이다>라고 설명했다. 이 가설은 19세기 말에 독일의 G.R. 키르히호프가 파동방정식에 의거해서 이론적으로 설명함으로써 확고해졌다. 이를 <키르히호프의 회절 이론>이라 하는데, 이에 의해서 호이겐스와 프레넬의 빛의 파동설적 이론에 엄밀한 이론적 근거와 명확한 적용 한계가 주어졌다.7.광속도의 측정갈릴레이 ( Galilei Galileo )역사적으로 오랫동안 사람들은 빛의 속도가 무한하다고 추측하였다고 생각된다. 이러한 가정에 처음으로 의문을 제기한 사람은 유명한 이탈리아 물리학자인 갈릴레이이다. 그는 빛의 속도를 실제로 측정할 수 있는 방법을 제시하였다.그 방법은 매우 간단하다.그림처럼 두 사람(A와 B라고 부르자)이 뚜껑 씌운 등불을 들고 약 1마일 정도 떨어져 있는 산 봉우리 위에 올라간다. 먼저 A가 등불의 뚜껑을 벗기고, B는 A의 불빛을 보자마자 자기자신의 등불의 뚜껑을 벗긴다. A는 B의 등불을 보면 뚜껑을 덮는다. A의 불이 보이는 시간을 측정하여, 두 봉우리 사이의 거리의 두 배점s에 초점이 맺힌다. 반사된 점의 상을 현미경을 통해 볼 수 있도록, 빛 가르개가 광경로 상에 있고, 그것은 되돌아 온 빛의 반사된 상을 점 s'에 형성시킨다.이제 MR이 약간 회전하여 MF의 다른 점에 빛이 가도록 하였다고 가정하자. MF가 구면 모양을 하고 있음므로 빛은 계속 MR을 향해 반사된다. 되돌아 온 빛 역시 s와s'에 초점이 맺히게 될 것 이다. 거울 MR을 약간 회전시킴으로서 생기는 전과 다른 중요한 차이점은 구면거울 MF의 다른 위치에서 빛이 반사된다는 것 뿐이다.거울 MR이 매우 빠른 속도로 회전한다고 생각하자. 이 경우에는 더 이상 상이 s와s'에 맺히지 못한다. 그 이유는 빛이 MR에서 MF로 갔다가 MR로 다시 오는 동안 거울 MR이 더 회전하므로 처음 반사되었던 각도와 다른 각도에서 반사되기 때문이다. 거울 MR이 회전하는 효과에 의하여 생기는 상의 위치 이동을 측정하므로서 빛의 속도를 알아낼 수 있다. 마이켈슨은 푸코의 방법을 사용하여 빛의 속도를 상당히 정확하게 측정하였다. 회전하는 거울 이용 방법으로 낸 결과 중 최 상의 결과는 2.99774X108m/sec로 현재 받아들여지고 있는 값 2.99792458X108m/sec과 비교해 볼 수 있을 것이다.푸코는 이 방법으로 물속에서의 빛의 속도를 측정하였고, 그 속도는 진공중에서의 빛의 속도보다 느리다는 것을 알게되었다. 이로서 입자설과 파동설의 긴 논쟁은 종식된 것처럼 보였다.8.에테르푸코의 실험 이후 빛은 파동이라는 것이 정설로 받아들여지게 되었다. 또한 강한 자기장 아래서 빛의 편광이 영향을 받는다는 것을 패러데이가 발견하고 나서 빛과 전기·자기장이 매우 밀접한 연관이 있다는 사실을 알게 되었다. 그후 맥스웰은 전자기 기본 4개 방정식을 만들어 내고 이로부터 빛의 속도로 전파되는 전자기파 파동 방정식을 만들 수 있게 되었다. 이로써 사람들은 빛이 전자기파의 일종임을 알게 되었다.이제까지의 모든 파동은 매질을 통해 전파되어왔다. 그래서 빛을 매개하는 물질이 필요하게 되었고 이를다.
1.용접시 탄소(C)의 영향에 대하여 기술하시오.탄소함유량과 용접성은 반비례한다. 연강이라고 하는 저탄소강은 용접성이 용이하여 많이 사용하며 중탄소강은 용접이 곤란하다. 고탄소강은 균열이나 기공이 많아져서 용접이 매우 곤란하므로 이들의 용접은 경화를 연하게 하고 균열방지를 목적으로 높은 예열이나 후열을 사용해야한다. 주철은 취성재료이므로 용접이 매우 어렵다.2.SMAW, 200V, 40A, 20Cm/min 용접시 용접입열량 (Heat Input)은 몇 (J/Cm)인가?서브머지드 아크 용접으로 조건을 보면 전압이 200V 전류가 40A이고 분당 20Cm로 용접을 할 경우에 용접입열량을 계산하는 식은 다음과 같다.(Q = 용접입열량 , E = 아크전압 , I = 전류 , υ =속도)SMAW 용접입영량(H) =Joule/㎝E = 200V, I = 40A, υ = 20㎝/minH == 24000 Joule/㎝3.0.3%탄소강이 900C, 750C, 600C 에서의 성분조직상태를 도시하시오.900℃에서 austenite 조직750℃에서 pearlite+austenite 조직600℃에서 pearlite 조직4.Killd Steel?적당한 탈산제를 넣어서 용탕중의 산소 대부분을 제거시키면 CO가스의 비산이 전혀 없어 용탕은 주형 내에서 아주 조용하게 응고하여 킬드강괴가 생긴다. 이것을 진정강이라고도 한다. 탈산제로서는 Si, Al, Ti, Zr 등을 사용한다. 실제로는 페로실리콘을 노내에 넣어서 대부분의 산소를 탈산한다. 킬드강괴는 편석이나 기공도 적은 양질의 단면을 갖지만 중앙상부에 큰 수축공을 만들고 여기가 공기에 노출되어 산화되거나 슬래그가 함유되므로 그 부분을 제거할 필요가 있다. 즉 주형의 두부에 내화물의 압탕을 담그어 여기에 수축공이 수용되도록 연구되고 있다. 고급합금강은 모두 킬드강이며 보통 킬드강에서는 Si = 0.15~0.45%이다.5. annealing?기본적으로 軟化를 목적으로 행하는 열처리로서, 일반적으로 적당한 온도까지 가열한 다음 그 온도에서 유지한 후 서냉하는 조작을 말한다. 그밖의 처리목적으로는 내부응력의 제거, 절삭성 향상, 냉간가공성 향상 등을 통하여 기계적성질을 개선하기 위한 것이다.어닐링은 강의 연화를 목적으로 한 것으로 완전어닐링과 중간어닐링이 있다.완전어닐링은 강을 아공석강 또는 과공석강보다 약 50℃의 고온으로 가열하고 소정시간유지하여 균일한 오스테나이트로 한 후 서냉하는 열처리로 보통은 노냉한다.그 목적은 강의 연화와 연성의 증가, 내부응력의 제거 및 결정립의 균일화 등이다.중간어닐링은 강을 A1점 근처의 온도까지 가열하고 소정 시간 유지한 후에 적당히 냉각하는 열처리로 주목적은 강을 어느 정도 연화시키거나 내부응력을 제거하는 일이지만 변태가 일어나는 것은 아니므로 결정립의 균일화는 바랄 수 없다. 박판이나 선재의 처리, 용접후의 응력제거어닐링은 중간 어닐링에 속한다.6. 냉각속도에 영향을 주는 인자를 열거하고 간단히 설명하시오.▷ 용접방법 : 가스용접은 아크용접에 비해서 열집중이 떨어지므로 가열이 능률적이 아니고 용접금속 이외의 모재를 넓게 가열하는 낭비가 생기므로 그 가열?냉각의 열사이클은 아크용접에 비해 훨씬 느리다.▷ 판두께와 예열온도 : 연강판상의 비드용접부 본드의 냉각속도는 동일입열에 대해서는 판 두께가 두꺼울수록 증가하지만 수동용접의 경우 거의 25㎜이상에서는 일정해진다. 예열온도가 높을수록 냉각속도는 감소된다.▷ 용접입열 : 저탄소강 피복아크용접의 본드부의 냉각속도는 이론 및 실험에 의하면 입열의 값과 거의 반비례해서 감소된다. 실험에 의하면 용접입열(E=아크전압, I=전류, υ=속도)보다도 단순히일 때가 냉각속도와의 관계가 양호하다. 이것은 아크전압의 영향이 그다지 없다는 것을 나타내고 있다. 즉 아크가 길어져 전압이 증가하면 복사에 의한 아크에너지 손실이 커지고 용접부로 옮겨지는 유효입열이 감소되는 주원인일 것이다.▷ 피복의 종류 : 피복의 종류를 저수소계, 일미나이트계, 고셀룰로오스계로 바꿔도 냉각속도의 차이는 최고 5~10%이므로 그 영향은 거의 무시된다.▷ 모재의 온도확산율 : 모재의 열전도율값 K가 클수록 용접열이 모재속으로 널리 비산되기 쉽다. 모재의 온도상승량은 온도확산율 κ(κ=,=밀도,=비열)로 결정된다.▷ 이음 형상 : 저탄소강 X형 개선의 제1층 본드의 냉각속도는 판상 비드용접의 경우와 거의 같다는 것이 실험적으로 나타나 있다. 이것에 비해 V형 개선에서는 비드 용접보다 냉각속도가 약간 느리다. 필릿 비드의 냉각속도는 비드용접의 1.4배가 된다.▷ 비드 길이와 아크 스크라이크 : 비드용접의 비드 중앙의 냉각속도는 비드 길이가 약 35㎜보다 짧아지면 급격하게 증가한다. EH 크레이터 중앙의 본드의 냉각속도는 비드 길이에 무관하게 비드 중앙의 냉각속도의 약 2배와 같다고 나타나 있다.7. Fillet용접으로 8㎜ 두께의 판을 용접할 때 용접전류와 용접속도의 비율이 2이고 판의 초기 온도가 200℃일 때 540℃의 냉각속도(C/sec)와 Parameter P를 구하시오.사용방법 용접전류(I)와 용접속도(υ)의 비 I/υ와, 판의 예열온도(T0)의 값을 직선으로 연결하여, X-X선과의 교접(A)라 한다. 이접과 판두께(t)의 값을 직선으로 연결하여 중앙의 좌표선과의 교점이 540℃의 냉각속도 파라미터 P의 값이다.냉각속도 = 2.8℃/secParameter = 178. 용접부에서의 잔류응력을 측정하는 방법 중 응력이완법인 Hole Drilling Method와 Sachs법에 대하여 설명하시오.Hole Drilling Method법스트레인 게이지를 부착한 이후 스트레인 게이지 위쪽에 드릴로 구멍을 뚤어서 잔류응력이 이완되는 정도를 측정하여 용접시 잔류응력을 측정하는 방법을 Hole Drilling Method법이라고 한다.Sachs법원통형의 모재를 용접 했을 때 잔류응력을 측정하는 방법으로 스트레인 게이지를 부착한 후에 선반을 이용하여 내경을 절삭한 후 이완된 잔류응력을 측정하여 용접 시에 생기는 잔류응력을 측정하는 방법을 Sachs 법이라고 한다.