지식참고자료

[글쓴이:] dev@agentsoft.co.kr

  • (A+) 광학실험 실험보고서 – 편광

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과
    7.결론 및 검토
    8.참고문헌

    본문내용

    1. 실험 목적
    편광의 개념과 위상지연판의 원리를 이해한다.
    편광자와 위상지연판을 이용하여 여러가지의 편광 상태를 만들어 본다.

    2. 실험 원리
    가. 전자기파

    <그림 1>, 전자기파의 진행 모식도.

    전자기파는 전기장 E와 자기장 B가 공간 상으로 방사되는 파동의 일종이다. 위 <그림 1>과 같이 전기장과 자기장은 전자기파의 진행 방향에 수직하게 진동하는 횡파의 형태를 띄며, 자기장의 방향은 전기장의 방향에 수직하고, 자기장의 세기는 전기장의 세기에 비례한다.

    나. 편광의 종류

    <그림 2>, 편광의 종류와 그 모식도 (선편광-원편광-타원편광).
    편광은 일반적으로 선편광, 원편광, 타원편광으로 분류할 수 있으며, 그 분류 기준은 전기장 E의 수직성분 Ex, Ey에 따라 달라진다. 편광의 조건은 위 <그림 2>와 아래 <표 1>과 같다.
    <표 1>, Ex, Ey의 진폭, 위상차에 따른 편광 상태.
    편광자

    <그림 3>, One Polarizer의 모식도.)
    편광자는 전자기파를 원하는 단일 편광 상태(일반적으로 선편광)로 전환해 주는 광학 소자이다. 편광되지 않은 전자기파가 편광자를 통과하면 투과된 전자기파는 선편광된 상태가 되며, 세기는 입사 세기의 절반이 된다. (I_1=1/2 I_0)

    Malus 법칙

    <그림 4>, Two polarizer와 Malus 법칙 모식도.
    <그림 4>와 같이 두 개의 편광자가 θ의 각도를 이루고 있을 때, 첫 번째 편광자를 통과하여 선편광된 전자기파가 두 번째 편광자를 통과하면 투과된 빛의 세기 I_2는 아래와 같다.
    I_2=I_1 cos^2⁡θ
    이 법칙을 이용하여 빛의 편광 방향 또는 정도를 확인하기 위해 사용하는 편광자를 분석자라고도 한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 광학실험 실험보고서 – 프레넬 반사

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과
    7.결론 및 검토
    8.참고문헌

    본문내용

    1.실험 목적
    편광의 종류인 TM, TE mode에 대해 이해한다.
    TM, TE mode에서 입사각에 따른 반사율을 측정한다.
    Brewster 각에 대해 이해한다.

    2.실험 원리
    TE 편광, TM 편광

    <그림 1>, 계면에서의 TE 편광과 TM 편광.

    편광은 전기장 E를 기준으로 나타내는데, <그림 1>의 좌측은 전기장 E가 입사 평면에 수직인 TE mode, 우측은 전기장 E가 입사 평면에 수평인 TM mode를 나타낸다. TE mode는 s-편광, 또는 수직편광이라고도 하며 TM 모드는 p-편광, 또는 수평편광이라고도 칭한다.

    프레넬 계수, 반사율과 투과율

    빛이 굴절률이 다른 두 매질 속을 진행할 때, 두 매질의 경계면에서 반사와 굴절이 동시에 일어난다. 이 때, 반사계수 r과 투과계수 t로 나누어 성분을 분석하여 표현한 방정식이 프레넬 방정식이며, 경계조건을 대입하여 구한 반사계수 r, 투과계수 t를 프레넬 계수라 한다.

    r_⊥=(n_1 cos⁡〖θ_i 〗-n_2 cos⁡〖θ_t 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_⊥
    t_⊥=(2n_1 cos⁡〖θ_i 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_⊥
    r_‖=(n_2 cos⁡〖θ_i 〗-n_1 cos⁡〖θ_t 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_i 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_t 〗 ) I_‖
    t_‖=(2n_1 cos⁡〖θ_i 〗)/(n_1 cos⁡〖θ_t 〗+〖n_2 cos〗⁡〖θ_i 〗 ) I_‖

    에서, 프레넬 계수를 이용하여 반사율 R과 투과율 T를 정의할 수 있다.

    R=rr^*=|r|^2
    T=[n cos⁡〖θ_t 〗/cos⁡〖θ_i 〗 ]tt^*=[n cos⁡〖θ_t 〗/cos⁡〖θ_i 〗 ] |t|^2
    R+T=1

    빛의 입사각에 따른 반사계수와 반사율
    빛이 소한 매질에서 밀한 매질로 진행할 때

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 광학실험 실험보고서 – 렌즈

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과 및 분석
    7.결론 및 검토
    8.참고문헌

    본문내용

    실험 목적
    렌즈들의 초점거리를 이해한다.
    다양한 수차의 종류를 이해하고 측정한다.
    실험 원리
    렌즈 제작자 식과 부호 규약
    렌즈라 함은 중심축을 공유하는 두 굴절 구면을 갖는 투명한 물체를 칭한다. 공기 중으로부터 진행한 광선은 공기와 렌즈의 계면에서 굴절하고, 렌즈 내부를 전파한 뒤 다시 렌즈와 공기의 계면에서 굴절해 나간다. 광선이 입사, 굴절, 투과하는 매질을 각각 매질 1, 렌즈, 매질 3이라 할 때, 렌즈로 전파하는 광선에 대해 아래의 식이 성립한다. (f = 렌즈의 초점거리, n_2 = 렌즈 굴절률, n_1 = 매질 굴절률, R_1,R_2 = 렌즈 곡률 반지름: 좌, 우 방향. 단, 매질 1=매질 3, n_2≠n_1)
    1/f=(n_2-n_1)/n_1 (1/R_1 -1/R_2 )
    위 식을 렌즈 제작자 식이라 칭하며, 이는 충분히 얇아 두께를 무시할 수 있는 렌즈에 적용된다. 렌즈 곡률 반지름의 부호는 “부호 규약”이라 정의하며, 아래 <그림 1>과 같다.

    <그림 1>, 렌즈의 부호 규약.
    매질은 보통 공기이므로 n_1=1 로 근사하면 렌즈 제작자 식은 아래와 같이 단순화할 수 있다.
    1/f=1/s+1/s’
    광선이 좌에서 우로 진행할 때를 기준으로, 볼록렌즈의 초점거리는 양수, 오목렌즈는 음수로 정의할 때, 물체와 상의 위치에 따른 부호와 명칭은 아래 <표 1>과 같다.
    물체 / 상의 위치 s의 부호 및 명칭 s’의 부호 및 명칭
    렌즈의 왼쪽 양수, 실물체 음수, 허상
    렌즈의 오른쪽 음수, 허물체 양수, 실상
    <표 1>, 물체와 상의 위치에 따른 부호 규약.
    볼록 렌즈의 초점거리

    <그림 2>, 물체가 볼록 렌즈를 통해 결상될 때의 광로도.
    위 <그림 2>와 같이 물체, 볼록 렌즈, 스크린을 정렬했을 때, 선명한 상을 관찰할 수 있는 위치에서 s, s’를 측정하면 렌즈 제작자 식을 이용해 렌즈의 초점거리를 구할 수 있다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 광학실험 실험보고서 – 빛의속도

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과 및 분석
    7.실험 및 검토
    8.참고문헌

    본문내용

    1.실험 목적
    공기 중과 매질 내에서 빛의 속도를 구한다.
    빛이 투과하는 매질의 굴절률을 구한다.

    2.실험 원리
    빛의 속도와 굴절률
    맥스웰 방정식에 의해, 빛의 속도는 아래와 같이 정의된다.
    c_0=1/√(μ_0 ϵ_0 ),c_m=1/√(μ_s ϵ_s ) c_0
    ϵ_0,μ_0은 진공에서의 유전율, 투자율이며, ϵ_s,μ_s은 매질에서의 상대 유전율, 투자율이다. 이 때, ϵ_0=8.854E-12 F/m, μ_0=4πE-7 H/m 이다.
    굴절률은 해당 매질에서의 빛의 속도와 진공 중 빛의 속도의 비율로 정의된다.
    따라서, 굴절률 n=c_0/c_m =√(μ_s ϵ_s )로 나타낼 수 있다.
    공기 중에서 빛의 속도

    <그림 1>, 공기 중에서 빛의 속도 측정 모식도.
    위 <그림 1>과 같이 빛이 진행할 때, 광원에서 나오는 빛을 주파수 f를 갖도록 변조하여 방출되는 빛과 검출되는 빛의 위상차가 0에서 π까지 변하도록 하는 거울의 이동거리를 dx라 하면 빛의 진행거리 차이는 2dx와 같다. (왕복)
    빛이 2dx를 이동하는 동한 위상은 π만큼 변화하므로, 2dx를 이동하는 데 걸리는 시간 dt는 1/2f로 나타낼 수 있다.
    따라서, 이동 거리/이동 시간 = 속도이므로, 빛의 속도 C =2dx/(1/2f) = 4fdx로 계산이 가능하다.
    매질 내 빛의 속도와 굴절률

    <그림 2>, 매질 내에서 빛의 속도 측정 모식도.
    위 <그림 2>에서, 상부는 광경로 상에 매질이 있으면서 방출/검출되는 빛 간의 위상차가 0인 상태로, 이 상태에서 진행하는 빛은 아래를 만족한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 광학실험 실험보고서 – 뉴턴고리

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과 및 분석
    7.결론 및 검토
    8.참고문헌

    본문내용

    1. 실험 목적
    빛의 파동성과 간섭 현상을 이해한다.
    3가지 파장의 광원을 Newton’s ring lens에 조사하여 뉴턴 고리를 형성한다.
    형성된 뉴턴 고리의 극대점 위치로부터 광원의 파장 근사값과 렌즈의 곡률 반지름을 구한다.

    2. 실험 원리
    가. Newton’s rings

    <그림 1>, Newton’s ring lens schematic.

    <그림 2>, Newton’s Rings created by a plano-convex lens with 650nm laser light.
    Newton’s rings, 뉴턴 고리는 <그림 1>과 같이 평면 유리와 볼록렌즈의 볼록한 면이 접해 있을 때 빛을 조사하면 <그림 2>와 같이 생성되는 고리형 간섭무늬이다.
    위 <그림 1>과 같은 광학계에서, 렌즈와 평판형 유리 사이에는 얇은 공기층이 존재하고, 공기층의 두께는 렌즈의 곡률에 의해 렌즈의 중심에서 최소, 렌즈의 가장자리 끝에서 최대가 된다. 이 때, 평면파 광원에서 나오는 빛을 수직으로 입사시키면 변화하는 공기층의 두께로 인해 광경로차가 발생하여 뉴턴 고리라 불리는 간섭무늬가 형성된다.
    나. Newton’s ring lens 계면의 파벡터 반사와 투과

    <그림 3>, 뉴턴 링을 형성하는 광학계의 볼록렌즈(유리판 1) 및
    평판 유리(유리판 2) 사이 매질 계면에서 파벡터 진행모식도.
    입사파가 진행하는 과정에서, 각 매질 간 계면에 도달하면 투과파와 반사파로 나뉘어진다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 일반물리학실험2 유도기전력

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과
    7.결과에 대한 논의
    8.결론
    9.참고문헌

    본문내용

    1.실험 목적
    자기장의 세기, 코일의 단면적, 감은 횟수에 따른 유도 기전력을 측정하여 패러데이 유도 법칙을 이해한다.

    2.실험 원리
    이상적인 솔레노이드 내부의 자기장은 아래와 같다.
    B=μ_0 ni
    코일을 지나는 자기 다발이 시간에 따라 변화할 때 코일에 유도 기전력이 발생하며, Faraday 유도 법칙에 따라 아래와 같다.
    ε=-(d(NΦ))/dt
    교류 전류 i=I sinωt가 흐르는 매우 긴 솔레노이드 내부에 다른 코일이 놓여 있을 때, 내부 코일을 지나는 자기다발은 Φ_i=BA_i=μ_0 niA_i가 되고 코일에 유도되는 기전력은
    ε_i=-d(NΦ_i )/dt=-N_i A_i dB/dt=-μ_0 ωN_i A_i nI cosωt
    가 되며, 유도 기전력의 진폭은 ε_i0=μ_0 ωN_i A_i nI, 실효값은 ε_iAC=μ_0 ωN_i A_i nI_ac가 된다.

    3.실험 장비
    Multimeter(x2), Solenoid Coils, Function Generator, Ruler

    4.실험 방법
    실험 1) 내부 솔레노이드 코일 깊이와 유도 기전력
    Function Generator를 100Hz로 설정한다.
    외부 솔레노이드 코일의 직경과 길이를 확인한다.
    내부 코일 하나를 선택하여 직경과 길이를 확인한다.
    Function Generator를 조정하여 외부 솔레노이드에 교류 전류 실효값 50mA가 흐르도록 조정한다.
    내부 코일을 외부 솔레노이드 코일에 5cm 단위로 삽입하며 유도 기전력을 측정한다.
    실험 2) 솔레노이드 코일 전류와 유도 기전력
    외부 솔레노이드 코일 내에 내부 코일을 밀어넣는다.
    외부 솔레노이드 코일의 전류를 10mA 단위로 0~50mA까지 증가시키며 유도 기전력을 측정한다.

    실험 3) 진동수와 유도 기전력
    외부 솔레노이드 코일 전류를 50mA로 조정한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • 실험조리-가열에 의한 우유의 변화와 산에 의한 우유 응고특성 비교

    목차

    1. 실험재료 및 기구
    2. 실험 방법
    3. 실험조건별 실험결과
    4. 실험고찰
    5. 참고문헌

    본문내용

    우유 단백질 조성
    우유의 단백질은 카세인과 유청단백질로 이루어져 있다.
    카세인은 우유 단백질을 약 80% 차지하며, 산과 레닌에 의해 응고된다. 하지만 칼슘과 결합한 인 단백질이기 때문에 열에는 안정해서 가열 시 응고되지 않는다. 유청단백질은 우유 단백질의 약 20% 차지하며,
    락토알부민과 락토글로불린으로 구성되어있다. 65도 이상 가열 시 피막을 형성하며 응고되지만, 산과 레닌에 의해 응고되지 않는다.

    <중 략>

    ③ 일반우유와 탈지우유의 차이
    우유의 지방이 응고 시 영향을 주기 때문이다.
    지방이 많은 일반우유는 산에 의해 단백질이 파괴되면서 지방의 재결합이 일어나 응고가 잘 일어나 부드럽고 한 덩어리로 잘 뭉쳐졌던 반면, 탈지 우유는 지방이 적어 응고가 잘 안 일어나 단단, 뻑뻑하고 잘 뭉쳐지지 않음을 확인할 수 있었다.

    ④ 실험 시 오류, 주의사항
    -우유의 양(무게)가 다르다.
    커드의 생성률을 계산하기 위해 먼저 우유의 양을 무게를 쟀는데,
    우유의 무게가 전부 다르다. 무게가 제일 많은 우유와 제일 적은 우유의 차가 12g이나 차이 난다. 정확한 실험 결과를 위해 정확한 계량을 한다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • 실험조리-가열조리 시 첨가물에 따른 두부의 품질비교

    목차

    1. 실험재료 및 기구
    2. 실험 방법
    3. 실험조건별 실험결과
    4. 실험고찰
    5. 참고문헌

    본문내용

    1. 두부 제조
    콩 단백질인 글리시닌은 열에 안정하지만 산이나 금속염에서는 불안정하여 쉽게 응고, 침전된다.
    이러한 응고 성질을 이용한 것이 것이 두부이다.
    두유에 염류를 넣으면 두유의 전하가 염류의 전화를 중화시켜 단백질 분자 사이의 반발력이 감소되면서 단백질이 응집된다.
    이때 사용되는 응고제로 염화마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘, 글루코노델타락톤이 있다. 염화마그네슘, 염화칼슘, 황산칼슘은 금속이온을 이용한 응고제이며, 글루코노델타락톤은 산을 이용한 응고제다 글루코노델타락톤은 보수력이 좋아 표면이 매끄럽고 조직이 부드러우나 산을 이용해서 신맛이 나는 단점이 있다.

    <중 략>

    3. 된장과 밀가루의 첨가에 의한 두부 변화
    두부 조리 시 소금(염)과 전분을 첨가하면 부드럽게 조리할 수 있다.
    두부를 가열할 때 소금을 첨가하면 소금의 나트륨이온은 결합 상태의
    칼슘 이온과 단백질의 결합을 방해한다. 따라서 소금을 넣고 조리하면 수축하거나 단단해지지 않아 부드러운 두부를 얻을 수 있다.
    만약 나트륨 이온이 아닌 철 이온, 알루미늄 이온 같은 금속염이 존재한다면
    두부는 더 단단해진다. 금속염이 칼슘 이온보다 두부에 대한 응고작용이 더 강하기 때문이다.

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 일반물리학실험2 마이크로파

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과
    7.결과에 대한 논의
    8.결론
    9.참고문헌

    본문내용

    1.실험 목적
    마이크로파 발생장치 및 수신장치를 사용한 반사 및 편광실험을 통해 전자기파의 성질을 이해한다.

    2.실험 원리
    마이크로파, 전자기파의 성질
    마이크로파는 파장이 1mm~1m에 해당하는 영역의 전자기파이다.
    시간에 따라 변화하는 전기장은 시간에 따라 변화하는 자기장을 생성하며, 그 역 또한 만족한다. 주기적으로 세기가 변화하는 전기장 E와 자기장 B는 서로 수직하며, 아래와 같은 파동방정식을 만족하면서 공간으로 전파되는데 이를 전자기파라고 한다.
    (∂^2 E)/∂x=μ_0 ϵ_0 (∂^2 E)/∂x, (∂^2 B)/∂x=μ_0 ϵ_0 (∂^2 B)/∂x
    전자기파는 전기장과 자기장에 수직인 방향으로 진행하는 횡파이며, 진동수에 관계없이 빛의 속도로 진행한다. 전자기파는 반사, 굴절, 회절, 간섭을 하며, 매질이 없어도 진행할 수 있는 파동이다.

    반사
    공기 속을 진행하는 파동이 평평하고 매끄러운 표면에 특정 각도로 입사하면, 입사파와 반사파는 반사면에서의 법선과 동일한 각을 이룬다.

    편광
    전자기파의 편광 방향은 전기장의 진동방향으로 나타낸다. 구성하는 모든 전자기파의 편광 방향이 같다면 그 전자기파는 편광이 되어 있다고 말하며, 구성하는 전자기파 각각의 편광 방향이 각기 다를 경우 그 전자기파는 비편광 되어있다고 말한다. 편광판은 특정한 방향으로 진동하는 빛만 통과시키며, 그 방향을 편광판의 편광축이라 한다.
    편광된 전자기파의 전기장 성분이 (E_0 ) ⃗라 할 때, 전기장을 통과한 전자기파의 전기장 성분은 E ⃗=(E_0 ) ⃗cos∅로 나타내며, ∅는 입사한 전자기파의 편광 방향과 편광판의 편광축 사이의 각이다. 따라서, 전자기파의 세기는 전기장의 제곱에 비례하므로 투과한 전자기파의 세기는 다음과 같다.
    I=I_0 cos^2⁡∅
    3.실험 장비
    마이크로파 실험 장치, 각도기, 자

    출처 : 해피캠퍼스

  • (A+) 일반물리학실험2 교류회로

    목차

    1.실험 목적
    2.실험 원리
    3.실험 장비
    4.실험 방법
    5.측정값
    6.실험 결과
    7.결과에 대한 논의
    8.결론
    9.참고문헌

    본문내용

    1.실험 목적
    저항기 및 캐패시터로 구성된 직렬 RC 회로에서 교류 전압과 전류를 측정하여 교류 회로에서 저항과 전기용량의 특성을 이해하고 직류 회로와의 차이점을 확인한다.

    2.실험 원리
    교류 회로에서의 시간에 대한 전압과 전류는 아래와 같다.
    v(t)=Vsinωt,i(t)=Isin(ωt-∅),ω=2πf
    R-C 직렬 회로에 교류 전원을 가했을 때, R, C 각각에 걸리는 전압은 다음과 같다.
    v_R=iR,v_C=q/C=1/C ∫▒idt
    따라서, 회로 전체에 공급된 기전력은 V=v_R+v_C=iR+1/C ∫▒idt 이다.
    v(t)=Vsinωt,i(t)=Isin(ωt-∅)를 v_R=iR,v_C=q/C=1/C ∫▒idt에 대입하면 아래와 같다.
    v_R (t)=RIsin(ωt-∅),v_C (t)=-1/ωC Icos((ωt-∅)=-1/ωC Isin(ωt-∅-π/2)
    따라서, 캐패시터의 전압은 저항기의 것에 대해 -π/2의 위상차가 발생한다.
    또한, 캐패시터의 전압에 대해 저항 R에 해당하는 부분은 1/ωC이며, 이를 용량 리액턴스 X_C로 나타낸다. 임피던스 Z는 Z=√(R^2+X^2 ) 이며, 이 회로에는 인덕터 없이 캐패시터만 있으므로 Z=√(R^2+X_C^2 )=√(R^2+〖1/ωC〗^2 ) 이다.
    실험 장비
    Digital Multimeter, Function generator, Oscilloscope, Resistor, Capacitor
    3.실험 방법
    실험 1) R 회로
    Resistor 1개만을 이용해 교류 회로를 구성한다.
    Function Generator의 진동수를 100Hz로 조정한다.
    인가 전압을 0V부터 5V까지 1V 간격으로 증가시키며 전류를 측정한다.
    전압을 5V로 고정하고 진동수를 100Hz 단위로 500Hz까지 증가시키며 전류를 측정한다.

    출처 : 해피캠퍼스