[공학] 마이켈슨 간섭계 실험 - 분광기를 이용한 스펙트럼 측정[회절격자에 의한 빛의 파장 측정

소개글

[공학] 마이켈슨 간섭계 실험 - 분광기를 이용한 스펙트럼 측정[회절격자에 의한 빛의 파장 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험장비
4. 실험방법
5. 실험 결과 및 분석
6. 결론 및 검토
7. 질문

본문내용

다. 특정한 원소를 가진 빛을 회절격자에 비추면 그 빛이 회절되어 스펙트럼과 같은 모습을 나타내게 된다.
우리는 기준각을 잰뒤 각 차수에 있는 색들이 있는 각을 잰 뒤 그 차이각(회절각)을 구하였다.
이 각을 격자상수와 곱한뒤 차수로 나누면 그 파장을 구할 수가 있다. 파장은 일정해야 하므로 차수가 증가할수록 회절각은 증가하게 된다.
@선이 더 많이 그어진 회절격자가 회절은 더 잘 시킨다. 그래서 네온의 경우, 회절격자 500/10mm에서는 n=3까지 관찰 할수 있었지만, 회절격자 1000/10mm에서는 n=1까지 밖에 관찰하지 못했다. 회절격자상수가 크면 한차수에 색들이 너무 붙어있어서 구분하기가 쉽지 않았다. 예로, 위에 표를 보면, 헬륨 스펙트럼에 대한 파장의 값이 6개가 나와있지만, 500/10mm에서 두가지 색밖에 관찰하지 못했다. 그러나 회절격자상수가 작으면, 차수사이의 각도 커지고 하나의 차수에 속해있는 빛들사이의 간격도 커져서 측정하기는 쉬웠다. 반면, 많은 차수의 값들을 구할 수가 없다는 단점이 있다.
@다른 원소보다 네온에서 다양한 색들을 많이 관찰할수 있었다. 따라서 헬륨,수소 머큐리,이산화탄소보다 네온의 원자구조가 좀 복잡함을 알수 있다.(원자껍질이 많다..)
@헬륨원소의 스펙트럼 파장의 값이다.
우리가 구한 것은 Red
667.8 nm
Yellow
587.6 nm
Green
501.6 nm
Greenish Blue
492.2 nm
Bluish Green
471.3 nm
Blue
447.1 nm
ⅲ. 헬륨(He) : 기준각 = 355°30‘
n
1
2
측정각(°′)
회절각
파장(nm)
측정각(°′)
회절각
파장(nm)
파란색
354.27
1.05
366.4986
352.35
2.92
509
노란색
353.15
2.25
785.1963
352.03
3.45
602
이다. 파란색과 노란색에 대한 오차를 한번 측정해보면,
파란색
노란색
실제값(파장)
447.1 nm
587.6 nm
측정값(파장, n=1)
366.4986 nm
785.1963 nm
상대오차(%)
18.02760009
33.6276889
측정값(파장,n=2)
509 nm
602 nm
상대오차(%)
13.84477745
2.450646698
총 상대오차(%)
15.9361888
18.0391678
비교적 오차가 20%로 안으로 나왔다.
@오차분석-처음 실험기구를 셋팅하였는데, 빛을 중앙에 오도록 만드는 것이 좀 힘들었다. 방전관의 빛을 얼만큼 받아들이는가 하는 조리개를 조절하면서 맞추었다. 그런데 그 조리개 부분이 이상했다. 그리고 빛을 중앙에 오게 만들었지만 그 빛이 조금 삐뚤한 것으로 보아 분광계가 전체적으로 방전관에서 들어오는 빛과 수평이 아닌거 같았다.
500/10mm의 회절격자를 가지고 회절각을 측정할 때에는 색들의 경계가 뚜렷하지 않아 구분하기 힘들었다. 그래서 정말 미세하게 각을 움직여서 측정했는데 거기에서 오차가 발생한 거 같다. 나름대로 우리조는 오차를 줄여보고자 볼록렌즈를 사용하여 눈금을 읽었다.
@많은 차수의 값들을 알고 싶어서 간격이 넓은 회절격자를 사용하면 색의 구분이 어렵고, 색의 구분을 쉽게하여 정확한 위치를 측정하고 싶어 간격이 좁은 회절격자를 사용하면 적은 차수의 값밖에 알수가 없다. 많은 차수의 값들을 알면서 색의 구분도 쉽게 할 수 있는 방법은 없을까? 내가 생각하기로는, 색의 구분을 잘 할 수 있는 어떤 기구를 사용하거나, 아니면 망원경과 시준기 사이의 지름을 크게 하면 될 거 같다.
7. 질문
(1) 간격이 다른 두 회절격자를 사용했을 때 어떤 차이가 있는가? 분해능과의 관계를 논하라.
간격이 더 촘촘한 회절격자일 수록 회절이 더 잘 일어난다. 그래서 빛이 뛰엄뛰엄하여 관찰하기가 쉽다.
촘촘한 회절격자는 N이 크다. 거기에다가 m값이 커질수록 분해능이 뛰어나다. 그러니까 500/10m의 회절격자보다 1000/10mm의 회절격자가 분해능이 더 크며 같은 회절격자라면 m(차수)가 클수록 분해능이 더 좋다.
# Vernier 눈금 읽는 법
(1) 버니어의 0점이 가리키는 각도를 읽어준다.
(2) 버니어의 눈금들 중에서 각도 눈금과 일치하는 선을 찾아서 버니어의 수치를 읽는다.
(3) (1)에서 읽어준 각도의 분 단위에 (2)에서 측정한 버니어의 눈금을 더하면 바로 망원경이나 프리즘 table의 각도가 된다.
(4) 여기에서 각도 측정은 60진법이나 보통 각도 단위로 10진법을 써서 여러 가지 계산을 하므로 이를 환산한다.

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