프리즘의 굴절률 측정

소개글

프리즘의 굴절률 측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1.실험이론
2.실험장비
3.실험방법
4.측정값
5.실험결과
6.질문및검토
7.토의및감상
8.참고문헌및출처

본문내용

중심일 경우)
최소편이각
입사각
39.4도
49도
다) 노란색 스펙트럼 (꼭지가 중심 아닐 경우)
최소편이각
입사각
39도
50도
※실험 결과 (굴절률 및 입사각에 따른 편이각 그래프)
위의 식으로부터 구한다!
노란색(중심맞춤)
녹색(중심맞춤)
노란색(중심안맞춤)
굴절률(n)
1.523149
1.527697
1.534484
오차(%)
1.54
1.85
2.30
5. 질문 및 검토
질문1) 메뉴얼의 그림을 보았을 때 T와 T'의 정중앙을 기준으로 보았을 때 왼쪽으로 각도 A만큼 이동한 것과 오른쪽으로 각도 A만큼 이동한 것이 각각 T', T 라는 것을 어림잡아보고 각각 입사면에 대해 선을 긋고 눈으로 확인시켜서 삼각형의 각의 이론적인 것을 생각해본다면 2A가 되는 것을 확인할 수가 있다.
그리고 실험적으로는 우선 주어진 A의 값이 60도였다. 그리고 T'를 측정하는데 있어서는 빛이 굴절되어서 60도 각도에서 헬륨 빛이 발견되었고 이번에는 반대쪽방향으로 T를 측정하는 데에 있어서는 -60도만큼 움직여서 헬륨 빛을 발견했다. 따라서 이것의 차이는 60-(-60)=120도이고 따라서 T와 T'사이의 각은 120도가 되고 이것은 꼭지각 2A가 되는 것을 확인할 수가 있다.
질문3) 프리즘의 꼭지점을 평행이동 하여서 중심이아니라 조금 아래에 놓고 저희는 실험을 해보았습니다. 이때 생각을 해보았는데 입사각에는 아무런 변화가 없이 여전히 입사각은 60도로 유지되도록 설정해보았고 이렇게 실험을 해보았을 때 꼭지점이 평행에 있을 때와 측정한 결과가 큰 차이가 없는 것을 알았습니다. 이것으로 보아 꼭지점이 어떤 위치에 있느냐 보다 시준기를 통해 입사되는 광선 즉, 입사각이 어떻게 유지되느냐에 따라서 최소편향각이 나오게 될 것이라고 생각해보았습니다.
질문4) 시준기라는 기구의 역할 자체가 빛을 평행하게 유지시켜줘서 평행광이 나오도록 해주는 장치입니다. 이러한 용도로 사용되는 시준기에서 시준이 잘되지 않는다면 평행광이 나오지 않고 원래의 빛은 방향이 구면으로써 모든 방향으로 빛이 퍼져나가게 될것이며 입사각을 조정하는 데에 있어서 일정한 방향으로 들어온다고 말을 할 수가 없을 것입니다. 따라서 시준이 잘되지 않는다면 입사된 빛의 정확한 입사각을 정의할 수가 없게 될 것입니다. 이번에 저희가 실험을 했던 프리즘, 유리의 굴절률은 이론상으로 1.5였습니다. 저희가 3가지 굴절률을 측정하는 실험을 하였고 평균값을 계산해보았을 때에 1.52844338이 나왔습니다. 결론적으로 보면 소수점아래 한자리만 정확하였고 두 번째 자리부터 달라져서 약 1.89%의 오차가 나오는 것을 확인하였습니다. 이때 공기의 1.0003이라는 실제 굴절률이 저희가 측정된 결과로 보자면 소수점 3,4번째 자리부터가 아니고 두 번째 자리부터 약간씩 차이가 나는 것을 본다면 그렇게 크게 중요 하지 않다고 생각하였습니다.
질문5) 빛의 여러 색깔의 스펙트럼으로 나누어지는데 그 해당되는 색깔 마다 굴절각이 다르기 때문입니다. 우선 빨간색에서 보라색으로 갈수록 파장의 길이는 짧아지게 됩니다. 즉, 빨간색이 파장이 길고 보라색이 파장이 상대적으로 짧다고 할 수 있습니다. 빛의 파장이 짧으면 파장이 긴 경우보다 같은 시간동안 더 많이 진동하게 됩니다. 그래서 같은 곳을 통과하더라도 더 많이 진동하는 짧은 파장이 입자와 충돌할 확률이 더 큽니다. 입자와 충돌하면 빛이 가진 에너지가 입자에 흡수되거나 빛의 방향이 바뀌게 되는데, 이 방향이 바뀌는 것이 굴절이고 이러한 이유로 파장에 따라 굴절률이 다르게 되는 것입니다.
6. 토의 및 감상
이번 실험은 프리즘의 굴절률을 측정해 보는 실험이었다. 우선 이번 실험을 하는 데에 있어서 Vernier의 눈금이 기준점이 0 이 아니었는데 그 사실을 늦게 알아서 실험을 하는 데에 있어 약간의 시간이 더 걸렸던 것 같다. 이번 실험은 크게 2가지로 나뉘어 졌는데 첫 번째로는 최소 편이각을 측정하는 것이었으며 결론은 구해진 최소 편이각을 이용해서 이 프리즘의 굴절률을 계산해보는 실험이었다.
우선 꼭지각을 측정하였는데 이것은 나중에 있을 굴절률을 계산하는데 있어서 필요한 과정이라는 것을 실험을 하는 과정에서 알 수가 있었다. 그리고 최소편이각을 구할 수가 있었는데 최소편이 무엇인지 몰랐는데 편이각이란 우선 입사한 광선이 나란하게 통과했을 때가있고 실제로 빛이 프리즘에 의해 굴절되어나간 그 각의 차이를 편이각이라고 하고 이때 최소의 편이각이 최소편이각 이라는 것을 알 수가 있었다. 그리고 이때 구해진 최소편이각을 이용해서 굴절률을 계산한 결과는 알고 있었던 실제 이론값과는 대략 3%내외의 오차를 가진 굴절률이 계산 되어졌다. 질문에 관한 것에서 질문 2번에 관련된 내용인 에서 만족하는 구하는 질문은 생각을 해보고 수식에 우리조에서 구해진 여러 가지 n과 A의 값을 넣고 해봤지만 내가 예상한 결과는 나오지않았고 확실히 질문이 이해가 가지 않는 듯 했다. 그리고 실험을 하면서 우리가 사용한 프리즘 같은 경우는 꼭지각이 60도이고 단면이 정삼각형 모양의 프리즘이었다. 만약에 프리즘의 꼭지각이 이등변 삼각형모양의 프리즘으로 실험을 했다면
이러한 수식에서 A의 값은 절반에 해당하는 값인 30으로 줄어들게 될것이고 계산값이 바뀌게 될 것이다. 하지만 똑같은 재질의 프리즘이 모양만 다르게 생겼다면 굴절률 n의 값은 동일할 것이고 최소편이각 또한 줄어들게 될 것인지 의문이 생겼다. 하지만 최소편이각 또한 변하게 되고 동일한 n의 값이 나올 것이라고 생각해보았다.
저번에 있었던 실험에서도 느꼈던 점이였고 이번에도 느낀 점은 광학실험 각도를 측정하는 실험에 있어서는 Vernier를 정확하게 읽을 줄 아는 능력이 많이 요구 되고 또한 상당히 중요한 부분이라는 것을 다시 한번 느낄 수 있었다.
7. 참고문헌 및 출처
Introduction to Optics, Pedrotti
Optics, Eugene Hecht
한국광산업진흥회 전자도서관
경상대학교 - 물리의 이해 http://physica.gsnu.ac.kr/
위키피디아 - http://ko.wikipedia.org
http://astro.u-strasbg.fr

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물리실험,   광학실험,   실험보고서,   프리즘,   굴절률,   optics,   측정,   보고서