일반물리학실험 | 마이크로파 (회절 편광 이중슬릿)

 

 

 

TIP

 

 

본 실험에서는 MicroWave를 통해 Intensity와 파장의 길이 그리고 편광과 회절을 측정한다. 레이저를 이용한 실험에서 레이저의 파장은 극히 짧아서 우리가 원하는 값을 얻기에 정밀도가 많이 부족했지만 본 실험에서 우리는 긴 파장을 이용하여 측정할 수 있으므로 전보다 더 정밀한 값을 얻기를 기대하고 MicroWave가 전자기파로써 가지는 파동성에 대해서 알아보자

 

 

 

회절 현상

파동이 진행하다가 장애물을 만날 때, 그 뒷부분까지 전파되는 현상을 파동의 회절이라고 한다. 이러한 회절현상은 수면파, 음파, 전자기파 등에서 모두 볼 수 있는데, 이것은 파동의 독특한 성질이라고 할 수 있다. 회절하는 정도는 파장이 길수록 커지는데, 이것은 파장이 길수록 진동수가 작아지고, 이에 따라 직진성이 약해지기 때문이다. 또 슬릿의 폭이 좁을수록 회절하는 정도가 커지는데, 이것은 호이겐스의 원리에 의하여 슬릿에 도달한 파면이 각 점에서 2차적인 구면파가 새로운 파면을 형성하게 되기 때문이다.

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실험 방법

1. 마이크로파의 반사

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 참조). 입사각이 45도가 되도록 회전형 부품 홀더를 조정한다.

 

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. 마이크로파의 굴절

1) 장치를 그림과 같이 설치한다 .빈 프리즘 틀을 회전시켜, 입사파에 어떤 영향을 미치는지 살펴본다.

 

2) 프리즘 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.

 

4) θ₁를 구하고, θ 값을 이용하여 θ₂를 구한다. (프리즘 각도는 각도기를 이용하여 측정한다.)

 

프리즘 굴절의 기하학

 

5) 이 값들을 굴절 법칙에 대입하여, n₁/n₂ 값을 구한다. 공기 중 굴절률은 1.00과 같다. 이를 이용하여 스티렌 펠렛에서의 굴절률 n₁을 구한다.

 

3. 마이크로파의 편광

1) 장치를 설치하고, 미터 휘도가 거의 풀 스케일이 되도록 수신기 컨트롤을 조정한다.

 

2) 수신기 뒷면의 나사를 풀고, 수신기를 10도씩 늘리며 회전시킨다. 각 회전 지점에서 미터 수치를 확인하여 표에 기록한다.

 

 

3) 수신기를 180도 이상까지 계속 회전시킨다

 

4) 장치를 그림 아래와 같이 설치한다. 수신기 각도를 다시 0도로 맞춘다 (호른은 긴 쪽이 수평이 되도록 하여 그림과 같은 방향으로 놓는다)

 

4. 이중 슬릿 실험

1) 장치를 아래 그림과 같이 설치한다. 슬릿 익스텐더 암과 반사경 두 개, 그리고 좁은 슬릿 스페이서를 이용하여 더블 슬릿을 만든다 (슬릿 너비는 약 1.5㎝ 정도가 좋다). 슬릿을 정확히 배치하고, 가능한 대칭형이 되도록 한다.

 

2) 송신기와 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 표에 나와 있는 각 값들에 맞추고, 각 경우의 미터 수치를 표에 기록한다.

 

 

 

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