마이크로파 실험 결과레포트

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마이크로파 실험 결과레포트에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

superposition principle)라고 한다. 이렇게 중첩된 효과가 공간에서 일정하면서도 특이한 경향을 유지하여 나타날 때를 일반적으로 간섭이라 하는 것이다. 이런 효과가 나타나기 위해서는 합해지는 두개의 파동이 진동수가 거의 같아야 하며 또한 시간에 대해 변하지 않아야 한다. 이렇게 간섭이 잘 일어날 수 있는 파동을 가간섭성이 있다고 말한다. 전파의 경우에는 빛과는 달리 그 발생구조가 단순한 전자회로에 의한 것이기 때문에 간섭성이 우수한 파를 쉽게 만들 수 있다.
이중슬릿에 의한 파동의 간섭. 왼쪽에서 입사하는 평면파는 슬릿 S1, S2를 통과하여 구면파로 되어 퍼져나간다. 스크린과의 사이에서 파동은 그림에 나타나 있는 것처럼 보강간섭과 상쇄간섭이 일어난다. 서로 보강하여 밝은 무늬가 나타나는 지역을 붉게 채색하였다. 물결통 실험에서 이 모양을 전부 볼 수 있다. 빛의 경우에는 스크린을 놓아서 스크린 위에 조명되는 밝고 어두운 무늬를 바로 눈으로 관측할 수 있고, 본 실험처럼 마이크로파를 이용할 때는 스크린 위치에 수신기를 옮겨가며 전류의 강약의 변화로서 관측할 수 있다.
두 슬릿을 통과한 파동은 각각 그 파면이 구면(엄밀하게는 원기둥)으로 퍼져 나간다. 그림에서 동심원으로 표시한 구면은 두 마루가 만나고 있는 지점은 언제든지 같은 마루일 때나 골일 때, 즉 같은 위상으로 만나게 되어 파의 세기는 최대가 된다. 이러한 현상을 보강간섭이라 한다. 또한 그 사이사이에 있는 마루와 골이 만나고 있는 지역은 언제든지 서로 반대인 상태로 만나므로 파가 완전하게 상쇄되어 소멸되어 버린다. 이를 상쇄간섭이라 한다.
슬릿 S1에서 r1, 슬릿 S2에서 r2 떨어진 P점에서의 합성된 파의 세기는 다음과 같다.
여기서 는 간섭이 일어나지 않는 한 구면파의 P점에서의 세기이다.
이 식에 의하지 않더라도, 보강간섭이 일어나서 I가 극대치를 이루는 점은 거리차이 (r1-r2)가 파장의 정수배일 때라는 것을 쉽게 알 수 있다. 이 경우에는 세기 I가 I0의 4배가 된다. 또한 거리차이가 파장의 반정수배일 때는 소멸되어 파를 관측할 수 없을 것이다.
실험 방법
1. 반사 실험
① 송신기를 고니오미터의 고정 암에 장착하고, 그림 2.1과 같이 장치를 정렬한다. 이 때 송신기와 수신기의 극성은 동일하게 맞추고, 그림과 같이 호른이 같은 방향을 향하도록 한다.
② 송신기를 전원에 연결하고, 수신기의 INTENSITY 선택 스위치를 30X에 맞춘다.
③ 송신기에서 나오는 입사파와 반사경 평면에 수직인 선 사이의 각도를 입사각(Angle of Incidence)이라고 한다 (그림 2.2 참조). 입사각이 45도가 되도록 회전형 부품 홀더를 조정한다.
그림 입사각과 반사각
④ 송신기나 수신기는 그대로 둔 상태에서, 미터 수치가 최대가 될 때까지 고니오미터 의 이동형 암을 회전시킨다. 수신기 호른의 축과 반사경 평면에 수직인 선 사이의 각도를 반사각(Angle of Reflection)이라고 한다.
⑤ 표에 나와 있는 각 입사각에서, 해당 반사각을 측정하여 기록한다.
2. 굴절 실험
입사각과 굴절각
①장치를 그림과 같이 설치한다 .빈 프리즘 틀을 회전시켜, 입사파에 어떤 영향을 미치는지 살펴본다.
Ethafoam 프리즘
회전형 테이블
장치 준비
②프리즘 틀에 스티렌 펠렛을 채운다. 계산을 간단히 하기 위해, 송신기에 가장 가까운 프리즘 앞면을 입사 마이크로파 빔에 수직이 되도록 놓는다.
③ 고니오미터의 이동형 암을 회전시켜, 굴절된 신호가 최대가 되는 각도 θ를 찾는다.
④그림 4.3의 도표를 이용하여 θ1를 구하고, θ 값을 이용하여 θ2를 구한다. (프리즘 각도는 각도기를 이용하여 측정한다.)
입사 빔
굴절 경계에 수직
굴절된 빔
프리즘 굴절의 기하학
⑤이 값들을 굴절 법칙에 대입하여, n1,/n2값을 구한다.
공기 중 굴절률은 1.00과 같다. 이를 이용하여 스티렌 펠렛에서의 굴절률 n1을 구 한다. ,
3. 편광 실험
① 장치를 설치하고, 미터 휘도가 거의 풀 스케일이 되도록 수신기 컨트롤을 조정한다.
②수신기 뒷면의 나사를 풀고, 수신기를 10도씩 늘리며 회전시킨다. 각 회전 지점에서 미터 수치를 확인하여 표에 기록한다.
표
③수신기를 180도 이상까지 계속 회전시킨다
④장치를 그림 아래와 같이 설치한다. 수신기 각도를 다시 0도로 맞춘다 (호른은 긴 쪽이 수평이 되도록 하여 그림과 같은 방향으로 놓는다).
4. 이중 슬릿
①장치를 그림 6.2와 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.
그림 6.2 장치 준비
②송신기와 수신기를 수직 편광(0°)에 맞추고, 수신기 컨트롤을 조정하여 가능한 최소증폭에서 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 표 6.1에 나와 있는 각 값들에 맞추고, 각 경우의 미터 수치를 표에 기록한다.
실험 결과
1.반사 실험
입사각
반사각
미터수치(mA) x30
20˚
17˚
4
40˚
39˚
7
45˚
42˚
3.8
60˚
64˚
5
80˚
78˚
6.8
2.굴절 실험
θ1 =30, =25, θ1+=θ2=55, n1sinθ1 = sinθ2
sin55˚/ sin30˚=n1 / n2=1.638304(스티렌 펠렛의 굴절률)
3. 편광실험
수평 60mA
30˚ 45mA
45˚ 30mA
60˚ 10mA
수직 0mA
4. 이중슬릿 실험
각도
0˚
5˚
10˚
15˚
20˚
25˚
30˚
35˚
40˚
45˚
55˚
60˚
미터수치
4
1.8
0
0.6
2
3
1
0
0
1
0.2
0
개선안 및 의견
다른 실험에 비해 더 알아야하는 이론들이 많았다.
특히 굴절실험에서는 각각 각도가 어디를 칭하는지를 확실히 알아야 그 실험이 원할히 진행된다.

키워드

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