프리즘의 굴절률 측정

소개글

프리즘의 굴절률 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험방법
2. 측정값 – 오차는 으로 계산하였다.
3. 실험결과와 결과에 대한 논의
4. 결론
5. 참고문헌 및 출처

본문내용

한 모양의 폭이 관측된다. 이 때문에 어디를 폭의 중심으로 잡아 십자선에 일치시킬 것인가라는 문제가 발생하게 되고, 이것이 오차의 원인이라고 볼 수 있다. 측정값으로 계산한 굴절률은 공기의 굴절률을 1로 가정하고 계산하였는데, 실험 매뉴얼에 따르면 ‘표준조건 하에서 공기의 굴절률은 1.0003으로 알려져 있다.’고 한다. 실제로 측정한 편이각은 2자리수까지만 허용하므로 이는 무시될 수 있는 양으로 취급된다. 다만 실험 2-1에서는 시준이 잘 되지 않으면 편이각의 크기가 달라지므로 [실험 전 분광계 정렬] 과정으로 돌아가서 충분히 시준이 잘 되어있는지 확인해야한다. 한편, 최소 편이각은 대칭성에 의해서 그림10과 같이 프리즘으로의 입사각과 공기 중으로 나가는 굴절각이 같아야하는 조건을 만족해야함을 알 수 있다.
[실험 2-2]
2-1에서는 프리즘 꼭지점을 테이블의 중앙에 위치하도록 두었는데, 이와 달리 2-2에서는 이를 중심 위치에서 벗어나도록 그림7처럼 조정한 뒤 편이각을 측정하였다. 오렌지 색을 기준으로 측정하였는데, 그 결과 편이각은 52.51에서 38.65로 감소하여 프리즘의 실험적인 굴절률은 1.662에서 1,516으로 감소하게 되었다. 이는 사실 정확한 측정값이라고 보기는 어렵다. 왜냐하면 그림 7처럼 프리즘을 이동하면서 프리즘과 광원이 이루는 각이 변경되었을 가능성이 크기 때문이다. 이론적으로는 비록 프리즘의 꼭지점이 중심에서 벗어나더라도 광원이 똑같은 각도로 입사한다면 최소 편이각은 변함이 없을 것이다. 하지만, 실험에서는 프리즘에 입사하는 빛의 절대적인 양은 줄어들게 될 것이므로 밝기가 희미해지고, 이에 따라 수직선에 슬릿의 상을 맞추는 과정에서 편이각 오차가 발생할 수 있다.
[실험 2-3]
이론적으로는 최소 편이각이 존재하므로 똑같은 색상에 대해여 입사각에 따른 편이각을 측정한다면 그림11처럼 최소 지점이 나오는 2차원 포물선 형태를 띄게 된다.
하지만 실제 실험 데이터는 그림12와 같이 20도와 30도 근방 편이각 값이 줄어들지 않고 오히려 커지는 경향을 띈다. 가장 큰 원인을 꼽는다면 프리즘과 광원 사이의 입사각을 10도 씩
조정하기 위해서는 정확히 프리즘을 어떤 중심축을 기준으로 하여 10도 씩 회전시켜야한다.
하지만 임의로 가상의 축을 기준으로 잡는다는 것은 모호하므로, 버니어 눈금을 10도씩 차이나게 만들어서 프리즘을 회전시켰다. 하지만 이 방밥도 프리즘의 꼭지점이 테이블의 정중앙에 위치하고 있지 않으므로 실제로는 10도만큼 회전했다고 볼 수는 없다. 즉 측정값에서 입사각이 0도, 10도, 20도로 증가하는 것은 사실상 입사각이 아니라 프리즘 테이블에 놓인 프리즘과 광원 사이의 상대적인 각도인 것이다.
4. 결론
프리즘은 스넬의 법칙에 의거하여 물질 내부에서의 빛의 상대적인 속력을 계산할 수 있으며, 매질의 굴절률 또 한 계산할 수 있는 유용한 장치이다. 맺히는 상의 폭을 좀 더 줄여서 십자선에 정확히 맞추도록 하는 것이 보다 더 오차를 줄이는 방법이다. 2-3실험은 비록 프리즘 테이블을 회전시켰지만, 이렇게 하는 방법보다는 시준을 잘 맞추어 를 단 한번만 측정하고, 프리즘 테이블은 그대로 두고 망원경을 10도씩 회원시킴으로써 편이각을 측정하는 것이 오차를 줄이는 또 다른 방법이 될 것이다.
5. 참고문헌 및 출처
부산대학교 광학 실험 매뉴얼 (그림1, 2, 5, 11 및 이론)
참고 웹사이트(그림 8, 10 및 빛의 경로의 대칭성 개념)
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/geoopt/prism.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_deviation

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