일반물리학실험 | 마이크로파 (반사, 굴절, 이중슬릿 간섭)

 

 

 

TIP

 

 

물질 특히 빛이나 Microwave와 같은 것의 파동의 성질에 주목하여 실험을 하게 된다. 기본 적으로 빛에 대해서는 반사와 굴절과 같은 기본적인 법칙이 존재한다. 그리고 정상파, 프리즘 을 통한 굴절 등의 현상 또한 존재한다. 이번 실험을 통해서는 가시광선이 아닌 Microwave 를 이용하여 보다 정확한 측정을 함으로써 파동의 성질을 명확히 이해한다.

 

 

 

마이크로파의 반사

실험에서 마이크로파가 반사판에 의해 반사되는 것을 관측하면 입사한 광선의 일부가 반사되어 나간다는 것을 확인할 수 있다. 파선이 경계면에 수직으로 입사한 경우를 제외하고는 모든 경계면에서 파선의 진행방향은 항상 바뀐다. 반사의 가장 큰 성질은 입사각과 반사각이 같다는 것이다. 이 때 입사각은 입사광선과 경계면 사이의 각도를 말하고, 반사각은 반사광선 경계면 사이의 각도를 말한다.

 

 

이중슬릿 간섭

이중 슬릿 실험은 양자역학에서 실험 대상의 파동성과 입자성을 구분하는 실험이다. 실험 대상을 이중 슬릿 실험 장치에 통과 시키면 그것이 파동이냐 입자이냐에 따라 결과 값이 달라진다. 파동은 회절과 간섭의 성질을 가지고 있다. 따라서 파동이 양쪽 슬릿을 빠져나오게 되면 회절과 간섭이 작용하고 뒤쪽 스크린에 간섭무늬가 나타난다. 반면 입자는 이러한 특성이 없으므로 간섭무늬가 나타나지 않는다. 이 두 가지 상의 차이를 통해 실험 물질이 입자인지 파동인지를 구분한다.

728x90

 

 

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.

 

입사각과 반사각

 

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. 이중슬릿 간섭

1) 장치를 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 최소 증폭에서 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. (각도 설정값 사이에 미터 수치가 크게 변하는 경우, 그 중간에 있는 각도에서 신호 레벨을 조사해보면 도움이 될 수 있다.)

 

5) 슬릿 너비를 동일하게 유지하면서, 좁은 슬릿 스페이서 대신 넓은 슬릿 스페이서를 사용하여 슬릿 간 간격에 변화를 준다. 넓은 슬릿 스페이서는 좁은 슬릿 스페이서 보다 50% 넓으므로 (90mm vs. 60mm), 송신기를 뒤로 50% 정도 움직여 슬릿에서의 마이크로파 방사선의 상대 강도가 동일해지도록 한다. 측정을 다시 반복한다. (다른 슬릿 간격으로 실험해보는 것도 좋다.)

 

 

 

[일반물리학실험]마이크로파 (반사 굴절 이중슬릿 간섭) 레포트