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  현대물리학실험 | 러더퍼드 산란 실험 TIP 원자핵의 존재를 발견한 실험으로 원자의 러더퍼드 모델에 대하여 알아본다. 실험 배경 1910년 러더퍼드의 실험에 의해 새로운 원자 모형이 탄생. 원자의 중심에 원자의 질량의 대부분을 차지하는 원자핵이 있고 그 주변에 전자가 돌고 있는 모형을 고안하다. 모형에 의해 알파 입자의 운동에너지는 충돌 전과 충돌 전이 똑같다. 핵에 의해 주어진 충격 ∫F dt의 결과로 알파입자의 운동량은 초기값 p1에서 마지막 p2로 △p만큼 변한다 즉, 수식 △p = p2- p1 = ∫F dt 과 같다. 가정에 의해 핵은 알파입자가 지나가는 동안 움직이지 않으므로 알파입자의 운동에너지는 충돌 전 후에 변하지 않는다. 그러므로 충돌 전 후에는 운동량의 크기도 변하지 않고 일정하다. p1= p2 = mv 여기서 v는 핵으로.. Engineering/물리학 2023. 2. 12.

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  공학물리학실험 | 암페어 법칙(자기장 측정) TIP 직선도선, 원형도선 및 솔레노이드 코일에 전류가 흐를때 도선주위의 자기장의 세기를 측정하여 이론적인 자기장 분포 곡선과 일치하는가를 알아보고 암페어의 법칙 및 비오-사바르의 법칙이 성립하는가를 확인한다. 실험 방법 1. 인터페이스 셋업 1) 인터페이스를 켠 다음, 컴퓨터를 켠다. 2) 자기장센서를 아나로그 채널A, 회전센서를 디지털 채널 1,2에 연결한다. 3) 데이터스튜디오 프로그램을 실행하고 아날로그 채널A는 자기장 센서를, 디지털 채널1,2 에는 회전센서를 선택한다. 4) 센서의 설정 ① 회전센서 셋업: 아이콘을 더블클릭 → Measurement 에서는 Position(m)을 선택 → Rotary Motion Sensor 에서는 1440을 각각 선택한다. ② 자기장센서 셋업: 아이콘을 더블클.. Engineering/물리학 2022. 11. 16.

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  기초공학실험 | 자이로스코프 동특성 실험 비틀림 진자로 물체의 탄성에 의해 진동하는 진자이다. 단, 실의 맨 끝에 작은 추를 달아서 이에 수직한 면 안에서 진동하게 하는 것으로, 이론적으로 본다면 진자는 조금이라도 관성이 있으며, 또한 그 위치가 평형점으로부터 벗어나게 될 때는 그 평형으로 돌아가려는 성질이 있다. 이 경우, 진동주기는 보통 관성과의 관계에 의해 주어진다.    실험 방법1. Bifilar Pendulum을 이용한 극관성 모멘트 측정1) 그림과 같이 Bifilar pendulum을 위치시키고 줄자를 이용하여 지지대로부터 추의 윗면까지의 실의 길이를 잰다. (여기서 사용된 추는 자이로스코프의 일부이다.) 2) 추의 질량을 측정하고 줄자를 이용해 나사에 연결된 실 사이의 거리를 잰다.(질량은 추의.. Engineering/물리학 2022. 9. 30.

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  물리학실험 | Hall Effect (홀 효과) TIP Hall effect의 원리를 이해하고 hall effect의 중요한 특성인 mobility, carrier type 그리고 carrier concentration을 분석한다. Mobility 특정한 형태의 하전입자가 전기장의 영향하에서 고체물질 내를 이동하는 난이도의 정도. 러한 입자들은 전기장에 의해 끌리면서 고체 내의 원자들과 주기적으로 충돌한다. 전기장의 영향과 충돌로 인해 입자들은 유동속도라고 불리는 평균속도로 움직인다. 입자의 mobility는 전기장의 단위세기당 유동속도의 크기로 정의된다. mobility는 실험적으로 측정할 수 있다. 주어진 고체에서 특정한 입자의 mobility는 온도에 따라서 변화한다. 같은 종류의 입자들도 그 mobility의 값들이 약간씩 다를 수 있는데, 이.. Engineering/물리학 2022. 9. 29.

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  물리학실험 | Hall Effect & Helmholtz Coil TIP 1. Hall 효과와 이를 측정할 수 있는 방법에 대해 이해한다. 2. Hall 효과를 통해서 시료의 전하 운반자의부호와 밀도를 측정하고, 이를 통해 n-type과 p-type반도체에 대해서 이해한다. 3. Hall 효과를 통해서 자기장을 측정할 수 있는 방법을 논의하고 그 한계점에 대해 논의 할 수 있다. 실험 방법 1. Hall Effect 1) Hall effect 실험 세트를 설치한다. 전자석 사이에 시료와 gaussmeter를 설치하고 전 자석에 constant current power supply를, 시료에 Hall effect set-up을 연결한다. 2) 이때 시료에 한 방향으로는 전류를 흘려주면서 다른 한 방향으로는 그 때의 전압을 측정하게 된다. 시료와Hall effect set.. Engineering/물리학 2022. 9. 27.

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  물리학실험 | 전류가 만드는 자기마당 - 비오-사바르 법칙과 앙페르의 법칙 TIP 전류가 흐르는 도선의 주위에는 자기마당이 생긴다. 이 실험에서는 직선 도선에 전류를 흘리고 주위의 자기마당을 홀-센서를 사용하여 측정한다. 이때 전류의 크기, 방향 및 전류가 흐르는 도선으로부터의 거리, 위치에 따른 자기마당의 변화를 조사하여 각 변인에 따르는 의존성을 알아보고 비오-사바르(Biot-Savart)의 법칙과 앙페르(Ampere)의 법칙을 확인한다. 아울러서 자기마당을 측정하는데 이용하는 홀(Hall) 효과와 사각 줄토리(코일) 및 솔레노이드의 자기마당을 공부한다. 전하들의 이동을 전류라고 부르며 정량적으로는 단위 시간 동안에 단면을 통과하는 총 전하량으로 정의한다. 전류가 흐르는 도선의 주위에는 자기마당이 생긴다. 전하는 움직이거나 정지해 있거나에 관계없이 전기 장을 형성하지만 자기.. Engineering/물리학 2022. 9. 23.

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  물리학실험 | Resonance Tube TIP 본 실험은 공명관과 오실로스코프를 이용하여 소리의 파형을 알아보고 폐관과 개관의 공진주파수와 정상파의 파형을 알아보고 궁극적으로 소리의 속도를 구해보는 실험이다. 음파(Sound wave) 매질을 통해 에너지가 전달될 때 매질의 움직임이 에너지의 이동방향과 ① 수직인 경우(횡파, transverse wave)와 ② 평행인 경우(longitudinal wave) 두 가지가 나타난다. 음파는 ②의 형태를 띤 파동이다. 주변에서 소리를 내는 스피커를 관찰하여 음파를 분석해볼 수 있다, 스피커가 소리를 낼 때 내부의 진동판이 진동을 한다. 진동판이 앞으로 움직이면 그 영역 공기의 밀도가 높아지고(기체분자 충돌이 세지고) 뒤로 움직이면 진동판이 있던 영역 공기 밀도가 낮아진다(기체분자 충돌이 약해든다). .. Engineering/물리학 2022. 9. 17.

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  현대물리학실험 | 광전효과를 이용한 Planck 상수 측정 TIP 광전관에 여러 가지 파장의 빛을 조사하고 각각의 경우에 저지 전압을 측정함으로써 Planck 상수를 구한다. 광전 효과 1900년 플랑크는 복사에너지가 띄엄띄엄 떨어진 에너지값을 갖는 덩어리, 즉 광(양)자의 형식으로만 존재할 수 있다고 발표했다. 그로부터 5년 후인 1905년 아인슈타인(A. Einstein)이 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 상대성 이론에 관한 그의 첫 논문을 발표한 해에 광전이론, 즉 금속표면에 파장이 짧은 빛을 조사하면 그 금속면으로부터 전자(광전자)가 튀어나오는 현상을 설명하기 위해서는 공간을 자유롭게 날아다니는 광자의 존재가 필요하다는 이론을 발표했다. 광전효과를 이해하기 위해서는 빛의 본성이 파동이라는 종래의 고정된 사고에서 벗어나 빛도 .. Engineering/물리학 2022. 8. 13.

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  현대물리학실험 | 키르히호프(Kirchhoff’s Laws)와 휘트스톤브릿지(Wheatstone bridge) 키르히호프 제1법칙(KCL) 전류의 법칙이라고 불리기도 하는 제1법칙은 노드로 들어오는 전류와 나가는 전류가 같다는 내용이다. 노드(node)란 두 개 이상의 회로 소자가 연결된 지점을 말한다. 들어오는 전류를 (+), 나가는 전류를 (-)로 표현한다. 간단하게 전류의 법칙을 설명할 수 있다. 휘트스톤 브리지 4개의 저항이 사각형의 형태를 이루어진 형태의 회로이다. 일반적으로 미지의 저항 값을 측정하기 위하여 사용한다. 실험 방법 1. 키르히호프 법칙 1) 단자를 알맞게 연결한 후 브레드 보드의 전원을 켜준다. 2) 33Ω 저항 두 개를 브레드 보드에 직렬로 꽂아준다.(40～50사이에) 3) 선 한 쪽을 각각 +5V와 Ground에 꽂은 후 두 저항의 끝부분에 연결해 준다.(5V에 꽂은 선은 40에 꽂고.. Engineering/물리학 2022. 6. 27.

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  물리학실험 | 빛의 이중성에 대한 파동적 증거 - 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각 측정 빛의 본질이 입자냐 파동이냐에 대한 논쟁은 17세기 이후 400년동안 물리학자들의 연구대상이었다. 뉴턴의 지지를 얻은 입자설이 한동안 파동설을 압도하였다. 하지만 실험적, 이론적 증거들이 빛의 파동성을 꾸준히 뒷받침해주었는데, 대표적인 증거들로 영의 이중슬릿 실험, 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각이있다. 그러던 19세기 말 맥스웰이 전기장과 자기장을 통합하면서 빛이 전자기파임을 증명하면서 오랜 논쟁은 잠시 멈추게 된다. 프레넬 공식과 브루스터 각은 서로 다른 매질의 경계면에서 일어나는 빛의 반사과 투과에 대한 이론으로 브루스터 각은 편광된 빛을 만들기 위해 널리 쓰이는 방법 중 하나이다. 본 실험에서는 맥스웰 이전에 빛의 파동성을 보여주었던 이론 말루스 법칙, 프레넬 공식, 브루스터 각을 실험적.. Engineering/물리학 2020. 12. 29.

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  물리학실험 | FRET을 이용한 DNA 상호작용 FRET은 두 종류의 형광물질이 가까운 거리에 있을 때 공명에 의해 에너지를 전달하는 현상을 말한다. FRET의 원리는 에너지를 전달하는 donor가 들뜬 상태에서 바닥상태로 내려오면서 광자를 내놓을 때, 두 형광분자가 가까운 거리에 있다면 acceptor가 이를 받아들여서 파장이 다른 빛을 내놓게 된다는 것이다. 이번 실험을 통해 FRET 현상에 대해 알아보았다. Donor에 Acceptor를 많이 넣을수록 FRET 효율이 높아진다. 하지만 Acceptor의 양이 Donor의 양보다 많아지는 순간부터는 Donor와 Acceptor의 상보적 결합이 포화된(모두 이뤄짐) 상태이므로 FRET 효율의 증가가 더디다. FRET FRET(Fluorescence Resonance Energy Transfer)은 두.. Engineering/물리학 2020. 12. 26.

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  물리학실험 | 라만분광법을 통한 그래핀의 광학특성 평가 TIP 흑연으로부터 물리적 박리법을 통해 단층 그래핀을 합성한 후, 라만 분광법을 통해 그래핀 시료를 평가해본다. 라만 분광법(Raman spectroscopy) 인도의 물리학자 찬드라 세카르 라만(C. V. Raman) 경이 단색광의 빛을 쪼여준 액체 시료로부터 입사된 단색광과 다른 파장의 빛이 산란되는 현상을 1928년 최초로 관찰하여 보고한 이래로 분광학 기술로 개발되고 체계화되어 현재는 IR 분광법(Infrared spectroscopy)과 함께 진동 모드의 변화를 추적함으로써 분자의 구조와 특성을 밝히는 진동분광학(Vibrational Spectroscopy)이란 학문영역의 독자적인 한 영역을 구축하고 있습니다. 즉, 라만 효과를 이용, 특정 분자에 레이저를 쏘았을때 그 분자의 전자의 에너지준위.. Engineering/물리학 2020. 12. 22.

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  물리학및실험 | 대충돌 TIP 일차원에서의 충돌 실험을 통하여 충돌에 대한 개략적인 이해의 방법을 살펴보고 이를 통해 운동량 보존의 법칙을 검증해본다. 그리고 그 안에 포함된 뉴턴의 운동법칙에 대해서도 확인해본다. 운동량 보존의 법칙 어떤 질량 m인 물체가 v의 속도로 운동하고 있을 때, F = ma = m․dv/dt = d(mv)/dt = dp/dt 의 식으로 표현될 수 있다. 이것은 “F = ma” 라는 ‘뉴턴의 제2법칙’에 따른 것이며, 이것에 가속도의 개념(a = dv/dt)을 대입하여 운동량(p)을 이용해 나타낸 것이다. 이 식에 따르면 한 물체의 운동량의 시간에 따른 변화율은 그것에 작용하는 총 힘의 크기와 같으며, 방향 또한 같다. 만약, 총 힘의 합이 Ftot= 0일 때, 즉 외부에서 작용하는 힘이 없을 때, F.. Engineering/물리학 2020. 3. 30.

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  물리학및실험 | 요요의 역학 본 실험에서는 쓸림이 비교적 적은 회전 원판에 추의 무게로 돌림힘을 가하고, 돌림힘에 의해 가속되는 원판의 회전운동을 조사하여 돌림힘과 각가속도 사이의 관계, 회전 원판의 관성 모멘트, 그리고 중력 퍼텐셜에너지와 회전 운동에너지 사이의 교환 등을 이해한다. 또, 빛살문 검출기(photogate detector)로 회전운동 각속도를 측정하는 방법과, 컴퓨터를 이용하여 측정한 데이터를 처리하는 방법을 배운다. 따라서 이 실험을 효과적으로 하기 위해서는 회전운동과 관련된 물리량들(각변위, 각속도, 각가속도, 각운동량, 돌림힘, 관성 모멘트)과 그들 사이의 관계(회전운동의 평형식, 회전 운동법칙, 각운동량의 보존 법칙)를 아는 것이 중요하다. 실험 방법 1. 실험 과정 1) 추의 질량 m, 두 원판의 반지름 R.. Engineering/물리학 2020. 3. 26.

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  물리학및실험 | 공명 실험 TIP 플라스틱 공명관의 공기기둥의 음파 공명진동수를 구하고 정상파의 골과 마루의 위치를 측정하여 음파의 파장과 음속을 결정한다. 공명관에서의 정상파 줄에서 들어가는 파와 끝단에서 반사해서 나오는 두 개의 파가 서로 간섭하여 정상파를 형성한다. 줄에서 형성되는 정상파에는 움직이지 않는(진폭이 0인) 지점인 골과 파동에 의해 움직이는 (진폭이 최대치인) 지점인 마루가 있으며, 이곳에서 진폭은 시간에 따라 상하로 진동한다. 마찬가지로 공명관에서도 입사음파와 반사음파의 간섭에 의해 정상파가 만들어지므로 골과 마루가 형성되는데, 음파의 진폭이 각각 최소치와 최대치를 갖는다. 즉 두 개의 파가 서로 180°만큼의 위상차를 갖게 되는 지점에서는 상쇄간섭으로 진폭이 최소가 되는 골이 되고, 위상이 서로 같을 때는 보.. Engineering/물리학 2020. 1. 21.

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  물리학및실험 | 음파 측정 TIP 소리센서를 이용하여 소리굽쇠, 악기, 사람 목소리의 파형을 관찰하여, 서로 비교하여 보자. 음파는 탄성체에서 전파되는 파동으로서, 탄성체를 이루고 있는 질점들이 압축되었다가 팽창되었다가 하면서 전파된다. 기체, 액체, 고체 등에서 구성원자들은 서로 탄성을 가지고 있으므로 원칙적으로 음파가 존재할 수 있지만, 보통의 경우 소리라 하여 공기 중에서 우리의 귀로 들을 수 있는 정도의 주파수를 가진 것을 말한다. 사람의 귀는 제한된 진동수의 음파에 반응한다. 사람이 들을 수 있는 진동수 즉, 가청 진동수는 20Hz에서 20kHz 이다. 음파를 파형, 진폭 주파수에 따라서 순음과 복합 음으로 분류하는데, 순음이란 그림과 같이 파형이 순수한 정현파이고, 그 진폭과 주파수가 매우 일정한 상태를 유지하는 음을 .. Engineering/물리학 2020. 1. 18.