일반물리학실험 | 마이크로파를 이용한 파동의 반사, 굴절, 편광, 중첩

 

 

 

TIP

 

 

파동이 갖고 있는 일반적인 성질을 이해한다. 건 다이오드에서 발생한 2.85㎝ 파장대역의 마이크로파를 이용하여 반사와 굴절 및 편광 실험을 수행하고 파동의 중첩으로 정상파를 형성하여 그로부터 파장을 정확하게 측정한다.

 

 

 

마이크로파의 굴절

마이크로파가 한 매질에서 다른 매질로 진행할 경우 직진하지 않고 꺾이는 현상을 빛의 굴절이라고 부른다. 이러한 현상이 일어나는 이유는 두 물질 속에서 전자기파의 속력이 차이가 나기 때문이다. 굴절하는 전자기파의 성질은 간단한 법칙으로 표현가능한데 그 법칙을 굴절의 법칙, 스넬의 법칙이라고 부른다.

 

n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂

 

(상수 과 는 굴절률인데 빛이 통과하는 두 매질에 따라 달라진다. 각도 θ₁과 θ₂는 두 매질 사이의 경계에 대하여 수직인 선에 대한 파선의 각도이다.) 진공에서는 굴절률이 1.0으로 정의되어 있고 공기 중에서는 1에 매우 가깝다. 많은 경우 근사적으로 1로 쓰기도 한다. 어떤 물질도 1보다 작은 굴절률을 갖지는 못한다. 진공을 제외한 모든 매질에서는 굴절률이 입사광의 파장에 따라 변한다.

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실험 방법

1. 마이크로파의 반사

1) 송신기를 고니오미터의 고정 암에 장착하고, 그림과 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.

 

 

4) 송신기나 수신기는 그대로 둔 상태에서, 미터 수치가 최대가 될 때까지 고니오미터의 이동형 암을 회전시킨다. 수신기 호른의 축과 반사경 평면에 수직인 선 사이의 각도를 반사각(Angle of Reflection)이라고 한다.

 

2. 마이크로파의 굴절

1) 장치를 그림과 같이 설치한다 .빈 프리즘 틀을 회전시켜, 입사파에 어떤 영향을 미치는지 살펴본다. 파동을 반사하는가, 굴절하는가, 흡수하는가?

 

 

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

 

3. 마이크로파의 편광

1) 송신기에서 나오는 마이크로파 방사선은 송신기 다이오드 축을 따라 선형으로 편광된다 (즉, 방사선이 공간을 통해 전파될 때, 그 전기장은 다이오드 축과 일직선 상태를 유지한다). 송신기 다이오드가 수직으로 정렬되어 있을 경우, 송신된 파동의 전기장도 그림과 같이 수직으로 편광된다. 그림처럼 송신기 다이오드에 대해 θ각에 있는 감파기 다이오드는, 그 축에 일직선인 입사 전기장 부분만을 감지할 수 있다. 본 실험에서는, 편광 현상에 대해 연구하고, 편광판을 이용하여 마이크로파 방사선의 편광을 바꾸는 방법을 알아본다.

 

 

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

 

3) 편광판이 수평에 대해 0, 45, 90도 일 때의 미터 수치를 기록한다.

 

 

 

[일반물리학실험]마이크로파를 이용한 파동의 반사, 굴절, 편광, 중첩 레포트