반사, 굴절, 편광, 브레스터 각, 단일슬릿 간섭, 브랙 회절 실험

목차

반사 실험

굴절 실험

편광 실험

브레스터 각 실험

단일슬릿 간섭 실험

브랙 회절 실험

본문내용

에 대한 반사도는 1로서 완전반사를 의미한다.
영반사가 일어나는 것은 평행한 편광일 경우에 일어나며 반사계수와 반사율이 영이 되는 것을 의미하며 이때의 입사각을 브레스터 (Brewster) 각 θB는 다음과 같은 식을 만족한다.
tan θB = n2 /n1 인 관계가 성립된다.
이 조건을 만족하는 입사각 θ1 = θ B를 브레스터 각이라고 하고, 이 각도에서 입사한 경우, P파의 반사율은 0이고 투과율은 1이다.
반사율 0이 되기 때문에 브레스터 각으로 자연광이 입사하였을 때, 반사광은 S파, 즉 입사면에 수직으로 진동하는 전기장을 가진 파 밖에 반사하지 않는다. 그 결과 반사광에서 선형 편광이 얻어진다.
따라서 S편광일 때에는 입사각이나 다른 변화에 상관이 없이 모두 일정한 값을 가졌다.
이중슬릿 간섭 실험.
송신기에서 이중슬릿까지의 거리=20cm
수신기에서 이중슬릿까지의 거리=20cm
각도(°)
가운데슬릿 5.8cm
양쪽 1cm × 1
가운데 슬릿 9cm
양쪽 1.5cm × 1
0
0.6
0.46
5
0.56
0.44
10
0.56
0.44
15
0.58
0.46
20
0.62
0.44
25
0.60
0.44
30
0.56
0.46
35
0.56
0.44
40
0.56
0.44
45
0.58
0.44
50
0.58
0.44
55
0.56
0.44
60
0.56
0.44
65
0.54
0.42
70
0.54
0.44
75
0.54
0.44
80
0.54
0.42
85
0.56
0.44
분석 : 이번 실험에서 각 슬릿에서 수신기까지의 거리를 각각 측정했어야 이론식과 비교해볼 수 있었는데, 하지 않아서 이론식과의 비교는 어려웠다.
그래프를 보니, 각도가 커짐에 따라 최대값이 주기적으로 나타남을 볼 수 있었고, 그 최대값이 점점 작아짐을 알 수 있었다.
이중 슬릿 간섭 실험에서 각도가 커질수록 극대지점에서의 파의 세기가 점점 줄어드 현상을 보였다. 이유로는 파는 매질을 통과하면서 그 일부가 매질에 흡수되어 세기가 점차로 줄어들기도 하고, 회절과 송신각도 때문에 파의 세기가 줄어들기도 한다. 또한, 특정한 방향에 대한 파의 세기는 거리에 따라 제곱 항으로 줄어들게 된다. 이런 파의 성질 때문에 각도가 커질수록 파의 세기가 점점 감소하는 것으로 생각되어진다.
단일슬릿 간섭 실험.
송신기에서 이중슬릿까지의 거리=21.8cm
수신기에서 이중슬릿까지의 거리=20.2cm
각도(°)
슬릿간격13 cm
슬릿간격 7cm
0
1.92
2.34
5
1.62
2.22
10
1.26
1.41
15
0.72
0.48
20
0.36
0.24
25
0.25
0.22
30
0.23
0.23
35
0.23
0.24
40
0.22
0.24
45
0.22
0.22
50
0.22
0.22
55
0.22
0.22
60
0.22
0.22
65
0.22
0.22
70
0.22
0.22
75
0.22
0.22
80
0.22
0.22
85
0.22
0.22
분석 :　단일 슬릿 실험은 각도가 커질수록 전류의 값이 작아짐을 알 수 있었다. 이론식과 비교해 보겠다.
각도(°)
슬릿간격13 cm
슬릿간격 7cm
슬릿간격13 cm
슬릿간격 7cm
0
1.92
2.34
0
0
5
1.62
2.22
0.302841651
-0.30247
10
1.26
1.41
-0.38258176
0.431466
15
0.72
0.48
-0.825980195
0.389243
20
0.36
0.24
-0.087147359
-0.15989
25
0.25
0.22
0.137399643
0.053631
30
0.23
0.23
0.556035583
-0.39507
35
0.23
0.24
0.128509873
0.372273
40
0.22
0.24
-0.924962357
0.259412
45
0.22
0.22
-0.534719914
0.018086
50
0.22
0.22
0.339658989
0.187023
55
0.22
0.22
0.656380734
-0.43253
60
0.22
0.22
0.353821092
0.238145
65
0.22
0.22
-0.6698811
0.080805
70
0.22
0.22
-0.872656232
0.203059
75
0.22
0.22
0.247829056
0.333351
80
0.22
0.22
0.606374856
-0.41379
85
0.22
0.22
0.217240878
0.092037
표를 보면 이론식과의 비교를 볼 수 있다. 그런데, 이론식과 실제 측정 전류의 값이 다름을 볼 수 있다. 실험서에도 단일 슬릿의 실험은 프라운호퍼의 회절이기 보다는 프레넬의 회절이라 그렇다고 나와있는데, 그 내용을 조사해 보았다.
광원과 스크린이 실틈에서 충분히 멀리 떨어져 있다면, 실틈에 입사하는 광선들과 실틈 상에 있는 많은 점광원에서 스크린상의 한 점 P에 도달하는 광선들을 평행하다고 취급할 수 있다. 이와 같은 회절을 프라운호퍼(Fraunhofer) 회절이라 합니다.
또 광원과 스크린이 실틈에 가까이 있을 때는, 들어오는 광이 구면파이고 회절 되어 중첩되는 광선들도 평행이 되지 못한다. 이와 같은 회절은 프레넬(Fresnel) 회절이라고 한다. 우리가 한 파동실험이 프레넬의 회절에 가깝기 때문에 위의 식이 잘 안 맞았던 것 같다.
브랙 회절.
각도(°)
(010)면
2dsin(θ)
(110면)
2dsin(θ)
(210)면
2dsin(θ)
0
0.72
0
0.9
0
0.76
0
5
0.6
0.30
10
0.46
1.38
0.46
1.96
0.46
0.60
15
0.44
0.90
20
0.50
2.74
0.44
3.86
0.43
1.18
25
30
0.44
4
0.46
5.66
0.44
1.73
35
40
0.44
5.14
0.43
7.27
0.44
2.23
45
50
0.46
6.13
0.44
8.67
0.44
2.65
55
0.46
2.84
60
0.44
6.93
0.44
9.80
0.46
3
65
0.44
3.14
70
0.44
7.52
0.45
10.63
0.44
3.26
2dsin(θ)의 값이 모두 일정한 크기의 정수배로 커짐을 알 수 있다. 이로써 브랙회절 함을 알 수 있다.

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