실험5. 회절과 편광실험

목차

1. 실험이론
1) 실틈의 크기에 따른 회절 특성
2) 이중 실틈에 의한 빛의 회절과 간섭

2. 실험방법
1) 실틈의 크기에 따른 회절 특성
2) 이중 실틈에 의한 빛의 회절과 간섭

3. 실험장치

4. 결과 및 고찰
(1) 실험 계산 및 결과
1) 실틈의 크기에 따른 회절 특성
2) 이중 실틈에 의한 빛의 회절과 간섭
(2)결과고찰

5. 참고문헌

본문내용

진공과 같으므로 중첩되는 두 광간의 총 위상차이 δ는 다음과 같게 된다.
위상차가 π rad 의 짝수배가 되면 밝은 무늬가 만들어지고 홀수배가 되면 어두운 무늬가 만들어진다. m 번째 간섭무늬의 위치 ym은 다음과 같게 된다.
...... 밝은 무늬
...... 어두운 무늬
m = 0, 1, 2, 3, . . .
무늬 사이 간격 Δy 를 결정하면 다음과 같다.
무늬와 무늬 사이의 간격은 파장이 길수록 커지고 실틈 간격이 좁을수록 커진다. 광이 퍼지므로 스크린을 멀리하면 멀리 할수록 간격이 벌어진다. 영의 이중실틈은 각각의 실틈에서 회절된 두 광이 겹쳐서 일으키는 간섭현상이므로 무늬의 밝기는 회절각이 증가될수록 회절에 의해 점점 흐려진다. 따라서 실틈의 폭이 아주 좁지 않는 한, 넓은 회절무늬에 일정한 간격의 간섭무늬가 겹쳐져서 관측된다.
2. 실험방법
1) 실틈의 크기에 따른 회절 특성
그림 2. 부품정렬
광학부품들을 그림 2와 같이 레일 위에 정렬한다.
↓
레이저를 큰 레일의 왼쪽에 설치하고,
실틈은 레일 오른쪽에 설치한다.작은 레일을 1m이상
떨어 뜨려 놓고 스크린을 설치한다. 실틈과 스크린
사이의 간격을 측정하여 기록한다.
↓
실틈의 폭이 가장 작은 것부터 레이저광을 조사하여 회절현상을 관찰한다.
↓스크린 대신에 측정용 대안렌즈로 교체하고, 가운데 밝은 무늬의 중심을 기준으로 양쪽에 오는 처음 어두운 무늬의 간격을 측정하여 기록한다.
→
실틈의 간격을
키워가면서 실험을
되풀이한다.
2) 이중 실틈에 의한 빛의 회절과 간섭
그림 4. 부품 배열
그림 4와 같이 부품을 정열하고 실험실을 가능하면 어둡게 한다.
↓
이중 실틈 판과 스크린 사이의 간격은
1m 이상으로 띄운다.
↓
레이저를 켜고 위에서 제일 왼쪽 실틈을 통과하여 스크린 상에 간섭무늬가 나타나도록 조절한다.
↓
스크린을 측정용 대안렌즈로 교체하고 간섭무늬의 간격을 측정하여 기록한다.
→
오른쪽 이중실틈으로 차례차례 옮겨가면서 스크린상의 회절 및 간섭무늬의 변화를 관찰하고, 간섭무늬의 간격을 측정하여 기록한 다.
↙
실틈에서 스크린까지의 거리를 측정하여 기록한다.
3. 실험장치
* 광학용 레일 2(대, 소), 반도체 레이저와 홀더 1, 단일 실틈 1, 얇은판 홀더 1
* 가변 홀더 1, 큰 스크린 1, 측정용 대안렌즈 1, 렌즈 홀더 1, 포스트와 홀더 4
4. 결과 및 고찰
(1) 실험 계산 및 결과
1) 실틈의 크기에 따른 회절 특성
이 실험은 실틈의 크기에 따른 회절의 특징을 알아보는 실험이다.
이 실험에서의 이론식은 y = 이다.
즉 밝은 무늬의 폭은 파장이 길수록, 실틈의 폭이 좁아질수록 그리고 스크린과의 거리가 멀어질수록 넓게 퍼지게 된다.
실제 이 실험에서 실틈의 크기가 좁아질수록 파장이 길어지는 것을 발견했다.
가시광선에서 짧은 파장보다 파장이 긴 빨강이 더욱 넓게 회절이 되고. 실틈의 폭이 너무 좁아지면 가운데 밝은 무늬만 관측하게 된다.
2) 이중 실틈에 의한 빛의 회절과 간섭
무늬의 간격(㎜)
파장(㎚)
2
352
1
351
0.5
351
0.2
282
∴
∴
∴
∴
이고 무늬의 간격은 파장과 스크린간의 간격에 비례하고 실틈의
간격에 반비례하고 파장이 길어질수록 무늬의 간격은 넓어지고 실틈의 간격은 좁아지므로 파장이 282nm일때의 무늬의 간격 0.2mm, 실틈의 간격 1.41mm 보다 파장이 351nm일때의 무늬의 간격은 0.2mm보다 길며, 실틈의 간격은 1.41mm 보다 짧다는 것을 알 수 있다.
(2)결과고찰
이 실험에서의 이론식을 보면 이란 것을 알 수 있다.
즉, 무늬의 간격은 파장과 스크린간의 간격에 비례하고 실틈의 간격에 반비례한다는 것을 알 수 있다.
이 실험의 결과에서 스크린간의 간격이 일정할 때 실틈의 간격이 좁아질수록 무늬의 간격은 넓어지며 빛의 파장도 점점 커진다는 것을 알 수 있다.이것으로 보아 이론과 실험값이 일치하는 것을 알 수 있다.
무늬들의 간격을 측정할 때마다 그 간격의 차이는 계속 발생하였으며 측정자가 바뀔 때마다 차이가 조금씩 발생했다. 눈으로 하는 실험이라 오차가 조금 있었다. 그래서 파장이 조금 비슷하게 구해졌다.
이 실험을 시작하기 전 실험기구들의 사용법을 몰라서 한동안 아무것도 못했으며 기구들의 조립법 또한 몰라 시간을 지체하였다.
그리고 이 실험은 레이저를 이용하고 빛의 세기가 무척 강했기 때문에 눈으로 무늬들을 보고 그 무늬들의 간격을 측정하는 것은 쉽지 않았다.
5. 참고문헌
응용화공기초실험1

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회절과 편광실험,   회절,   편광,   응용화공기초실험,   화학실험,   회절과 간섭