6. 마이크로micro웨이브실험

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6. 마이크로micro웨이브실험에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 개요
2. 실험장비
3. 실 험
4. 실험 결과

본문내용

그림과 같이 장치를 설치하고, 미터 휘도가 거의 풀 스케일이 되도록 수신기 컨트롤을 조정한다.
② 수신기 뒷면의 나사를 풀고, 수신기를 15도씩 늘리며 회전시킨다. 각 회전 지점에서 미터 수치를 확인하여 표에 기록한다.
송신기 각도
전류계의 값(mA)
0°
15°
30°
45°
60°
75°
90°
105°
120°
135°
150°
165°
180°
③ 장치를 그림과 같이 설치한다. 수신기 각도를 다시 0도로 맞춘다.
④ 편광판이 수평에 대해 0, 45, 90도 일 때의 미터 수치를 기록한다.
각도
전류계의 값(mA)
수평
45°
수직
2.4 마이크로파의 이중슬릿 실험
(1) 실험목적 : 각도에 따른 미터 수치의 변화를 통해 상쇄간섭과 보강간섭을 확인한다.
(2) 필요 실험장비 : 송신기, 수신기, 부품 홀더, 고니오미터, 슬릿 익스텐더 암(Slit Extender Arm), 금속 반사경, 좁은 슬릿 스페이서(Slit Spacer)
(3) 실험이론
전자기파가 두 개의 슬릿 구경을 지날 때 파동이 두 개의 파동으로 회절되며 구경을 지나 서로 겹쳐친다. 최대점이 형성되는 부분과 최소점이 형성되는 부분이 존재한다.
더블 슬릿 구경의 경우, 구경을 지난 파동의 강도가 감지 각도에 따라 달라진다. 거리 d 만큼 떨어져 있는 두 개의 얇은 슬릿의 경우, 최대점은 d sinθ = nλ가되는 각도에서 찾을 수 있다 (여기에서 θ= 감지 각도, λ = 입사 방사선의 파장, n은 정수 이다).
(4) 실험방법
① 장치를 그림과 같이 설치한다. 슬릿 익스텐더 암과 반사경 두 개, 그리고 좁은 슬릿 스페이서를 이용하여 더블 슬릿을 만든다(슬릿 너비는 약 1.5cm 정도가 좋다). 슬릿을 정확히 배치하고, 가능한 대칭형이 되도록 한다.
② 송신기와 수신기를 수직 편광(0°)에 맞추고, 수신기 컨트롤을 조정하여 가능한 최소 증폭에서 눈금 수치가 풀 스케일이 되도록 한다.
③ (수신기가 장착된) 회전형 고니오미터 암을 축을 중심으로 천천히 회전시키면서, 미터 수치를 관찰한다.
④ 수신기가 송신기를 똑바로 마주보도록 고니오미터를 다시 놓은 다음, 수신기 컨트롤을 조정하여 미터 수치가 1.0이 되도록 한다. 각 θ를 표에 나와 있는 각 값들에 맞추고, 각 경우의 미터 수치를 표에 기록한다. (각도 설정값 사이에 미터 수치가 크게 변하는 경우, 그 중간에 있는 각도에서 신호 레벨을 조사해보면 도움이 될 수 있다.)
실험 결과
실험 1. 마이크로파의 반사 실험
입사각
반사각
20°
23°
30°
31°
40°
39°
50°
48°
60°
62°
70°
72°
80°
78°
90°
80°
*위에 표는, 실험 3번을 반복하고 측정된 값을 평균을 취해 반사각을 나타냄.
이 실험은, 입사각에 따른 반사각 관계를 알아보는 실험이다.
반사의 법칙에 따라 파동이 반사 될 때 입사각과 반사각이 같다는 것을 알 수 있었다.
ERROR 분석
수신기는 송신기에서 직접 오는 파동과 반사파를 모두 감지하므로, 잘못된 결과를 얻을 수 있다. 이 문제는 다음 실험에서도 동일하게 적용되는 error 이다.
실험 2. 마이크로파의 굴절 실험
이 실험은 프리즘을 이용해서 전자기파가 서로 다른 매질 사이의 경계면을 지날 때 파동의 이동 방향이 변한다는 굴절의 법칙을 배우고, 스티렌 펠렛의 굴절률을 구하는 실험이었다. 굴절률은 스넬의 법칙(n1sinθ1 = n2sinθ2)을 이용해서 간단하게 구할 수 있었다.
측정 값:θ1=30, θ2=38, n1=1(매질이 공기이므로)
n1/n2=θ2/θ1=(38/30)/1
n2(스티렌 펠렛)=1.627
실험 3. 편광 실험
1)편광판을 설치하지 않고 송신기만 돌렸을 때(scale 30×)
송신기 각도
전류계의 값(mA)
0°
1
15°
0.92
30°
0.78
45°
0.5
60°
0.14
75°
0
90°
0
105°
0
120°
0.1
135°
0.42
150°
0.74
165°
0.9
180°
1
각도가 0°일 때와 180° 일 때 최대값, 90°일 때 최소값을 가졌다. 이는 이론에 의해 빛이 편광되어 있다는 것을 알 수 있었다. 이론적으로 측정되는 빛의 세기(I=I0cos2θ)와 같이 cos2 패턴이 나오는 것을 확인하였다. 75°~105°에서 0이 측정되는 것은 이 기구의 측정한계치로 생각된다. 수신기가 Reading meter 값을 읽어 들일 때 주변환경에 강한 영향을 받아 오차가 발생한다.
2)편광판을 수직, 45°, 수평으로 설치했을 때(scale: 30×)
각도
전류계의 값(mA)
수평
0.9
45°
0.3
수직
0
편광판이 수직일 때는 빛이 통과하지 못해서 전류값이 0이고 수평일 때는 모두 통과해서 전류가 최대값이 나온다. 편광판이 45°일때는 수신기에 평행인 파동이 일부만 들어와 감지하게 된다.
실험 4. 마이크로파의 이중슬릿 실험 (좁은 슬릿 스페이서 60mm)
수신기 각도
전류계의 값(mA)
수신기 각도
전류계의 값(mA)
0°
0.7
45°
0.04
5°
0
50°
0
10°
0.2
55°
0
15°
0.4
60°
0
20°
0.2
65°
0
25°
0
70°
0
30°
0
75°
0
35°
0.01
80°
0
40°
0.08
85°
0
이 실험은 더블슬릿에서의 간섭을 알아보는 실험으로 송신기의 각도를 조절해서 각 위치마다 전류계의 값을 측정, 보강간섭과 상쇄 간섭이 일어나는 곳을 찾고 그래프를 그려보는 실험이었다. 최대점은 d sinθ= nλ인지점, 최소점은 d sinθ= nλ/2인 지점마다 생긴다
각도에 따른 전류계 그래프
주의사항
1. INTENSITY 선택 설정값(30X, 10X, 3X, 1X)은 측정치 표준화를 위해 계기 수치에 곱해야 하는 값이다.
2. 실험 기구 셋팅 시 고니오미터가 수평이 이루어지도록 해야 한다.(휘어진 기구 존재.)
3. 송신기와 파워 공급선의 접촉부가 연결이 잘 되지 않을 경우에는 불안정한 값을 측정하게 된다.
Reference
(1) \"물리학총론\" D. Halliday 외 저
(2) \"대학물리학\" A. Hudson, R. Nelson 저
(3) \"Optics\" Hecht 저
(4) 일반물리 실험 영문 메뉴얼

키워드

6. 마이크로웨이브실험,   전자기파의 파동,   빛의 파동적인 현상,   지진파,   줄의 진동 ,   마이크로웨이브실험