지만이펙트결과보고서

목차

Ⅰ. 실험제목

Ⅱ. 실험 날짜

Ⅲ. 기본 이론

Ⅳ. 실험 방법

Ⅴ실험 데이터 및 사진

본문내용

것이다.
커다란 물체에 대해서는 고전역학이 이론과 관측이 훌륭하게 일치된 결과를 나타낸다. 그러나, 전자처럼 아주 작은 물체의 행동은 양자역학만이 설명할 수 있다.
2) 자기장 개념
자기장- 전하 입자나 물질이 움직이거나, 전류가 흐르는 도체, 그리고 자기모멘트를 지닌 입자나 물체에 의해 발생하는 힘의 장
자기장은 시간에 따라 변하는 전기장에서도 나타난다. 이와 관련하여 시간에 따라 변하는 자기장에서는 전기장이 생기게 된다. 자기장의 특성은 자기장의 강도와 자기 인덕턴스에 의해 결정된다.
자기장 강도는 자기장을 유도한 힘의 세기에 비례한다. 자기장 세기는 주어진 전류의 양과 관련된다. 자기모멘트가 0보다 큰 입자나 물체의 경우 전류는 입자나 물체에 흐르는 표면 전류의 대수적 합과 같다.
자기 모멘트- 자석의 양극 및 음극의 자하를m , 양극과 음극 사이의 거리를a 로 하면 크기 ma 일 때 음극에서 양극으로 향하는 벡터량
3) normal Zeeman effect
J : Total angular moment
L : Orbital angular moment
S : Spin angular moment
총 spin이 0일 경우 total angular moment는 J = L, S = 0
l
: orbital quantum number
총 spin이 0인 원자가 외부 자기장에 놓이면 (2l +1)로 갈라짐
이 때 magnetic moment는
(m : 전자 질량 , e : 전자 전하량 )
외부 자기장 B와 수직한 자기 모멘트의 퍼텐셜에너지는
그런데 는 양자화 되어 있으므로
정의된 값에 대해 자기장 내에서 에너지 준위 2l +1개의 에너지 준위로 나누어지고
선택법칙*에 의하여 이 가질 수 있는 세 값 ±1, 0 이 세 개의 스펙트럼선이 나옴을 볼 수 있다.
일 때, 이고 이다.
일 때,
이다.
4) 비정상 제만 효과
실험 관측 시 정상 제만 효과와는 3선 이외에 스펙트럼선들이 갈라지는 것을 볼 수 있을 것이다. 이는 전자가 질량과 전하 외에 다른 성질을 가지고 있다는 사실을 암시하고 있으며 1925년 Uhlenbeak 와 Goudsmit는 “ 전자는 전자 자신의 축 주위에 회전의 스핀각운동량을 갖게 된다.” 고 제한하였으며 이러한 회전하는 입자라는 사실의 실험적 증거는 Stern-Gerlach 실험으로 확인되었다.
Ⅳ. 실험 방법
1. 장치의 초기상태를 확인하고 모든 기기를 원상태로 돌려 놓는다.
2. 카드뮴 램프를 켜고 끼운 다음 망원경처럼 생긴 optical system의 스폰지로 연결된 접안렌즈 대를 빼면 그 속에 그림과 같은 투명한 프리즘같이 생긴 lummer-Gehrke판이 있다. 이것을 좌우로 이동시켜서 선명한 직선이 나오도록 조정한다.
3. 접안렌즈대를 끼워 넣은 다음 접안렌즈 속의 십자선 스코프와 스펙트럼선을 맞춘다. 시계처럼 생긴 마이크로미터는 나사를 이용해서 자기장이 걸려있지 않을 때의 위치를 읽어 놓고 자기장을 걸어주었을 때에 올라간 위치만큼을 읽어서 ds를 구한다.
① splite된 모습 : 위치에 따라 간격이 따름
② 접안렌즈 속의 스코프
4. 그런 다음 램프를 빼내고 그림과 같이 장치한 다음 전류에 따른 자기장의 세기를 측정한다.
5. Lummer-Gehrke 판을 실험 장비에 설치하고 위치를 잘 조절해 초점을 맞춘다.
6. 자기장의 세기에 따른 스펙트럼선의 변화를 관측한다.
Ⅴ실험 데이터 및 사진
1. 전체적인 실험장비의 사진
2. 초기 가열전의 모습( 적색)
3. 전원을 넣고 가열후의 모습(푸른색)
4. 스코프 내부의 모습
5, 전압을 낮춰 줬을 때
6. 전압을 높여줬을 때
자기장을 걸어 주었을 때, 스펙트럼선이 갈라지면서 넓게 퍼져 보이는 것을 알 수 있으며, Zeeman Effect의 효과를 보다 직접적으로 관찰이 가능하였다.
BLUE
GREEN
RED
BLUE
GREEN
VIOLET
BLUE
GREEN
⇒
Ⅵ. 실험 결과 및 고찰
1. Zeeman Effect실험은 주어진 광원에 일정한 자기장을 가했을 때 자기장 내에서 갈라지는 스펙트럼(지만 효과)을 관찰하기 위해 실험 한다. 그러나 제만효과에 관한 이론적인 내용을 충분히 알지 못한 상황에서 실험을 하려고 하니 그 어려움이 많았다.
2. 실험 시 어려웠던 점 : 단순히 푸른색의 선 스펙트럼을 관찰하고 전압을 걸어주었을 때의 스펙트럼의 변화를 측정하여 기술하면 끝나는 실험이었다. 하지만 이번 실험에서 처음에 스펙트럼선을 보는 것부터 약간의 어려움이 있었다. 하지만 몇 차례 시도 끝에 스펙트럼선을 관찰할 수가 있었다. 또한 실험을 진행하면서 스펙트럼선이 갈라지는 것은 볼 수 있었으나(흐려짐 정도의 차이만 알 수 있었다), 정확한 수치의 실험 결과를 얻는 것은 이번 실험 시 불가능하다고 생각되어졌다. 그 이유로는 스펙트럼선이 갈라지는 정도를 측정함에 있어 선과 선사이의 거리를 측정하는데 손을 이용하여 거리의 위치를 측정하였으나, 그 거리의 측정 시 손의 떨림 등에 의해 정확한 측정이 쉽지 않았다. 또한 자기장에 의한 변화 또한 측정하기 어려웠는데, 이도 위의 이유와 마찬가지로 변화를 측정함에 있어 손으로 측정하여 마찬가지의 측정의 어려움이 있었다.(결론적으로 말하자면 정 측이 불가능했던 중요한 요인은 스코프의 배율이 너무 낮았고 기계의 노후 때문에 자기장을 걸어주는 것과 그렇지 않은 경우가 그다지 큰 차이를 보일 수 없었다는 것이다. 따라서 그 문제점을 보완하기 위해서는 굴절률이 큰 판을 사용하거나 자기장의 효과가 큰 코일을 사용하고 고배율의 렌즈 채용 등을 고려해 봐야하겠다.)
3. 자기장에 의해서 변하는 것은 빛이 갈라진다는 것이 아니라 에너지 준위가 변해서 그에 따라 바닥으로 떨어 질 때 생기는 에너지의 개수가 다양해지기 때문에 스펙트럼이 갈라짐을 알 수 있었다.(그림 참고)
결론적으로 말하자면 진동수가 인 스펙트럼선이 아래와 진동수를 갖는 세 개의 성분으로 갈라지는 것을 제만 효과라고 하는 것이다.
4. 실험을 하면서 실험 안내서에는 적색스펙트럼이 가장 명확하다고 확인되어있지만 실제 실험을 해보니 푸른색과 녹색 선이 가장 명확하게 관측되고 있었다.

키워드

지만,   zeeman,   스펙트럼,   effect,   제만효과