[일반물리학실험]회절격자 분광기에 의한 빛의 파장 측정 1부

실험 목적

격자(grating)에 의한 광분산(光分散)의 원리를 이해하고, 이를 이용한 회절격자 분광기로 미지 광원이 내는 빛의 파장을 측정한다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

백열등, 기체방전관 등에서 나오는 빛이 프리즘이나 회절격자(diffraction grating)를 통과하면, 이 빛은 각 파장별로 분산(dispersion) 되어 스펙트럼을 나타낸다. 회절격자 G에 수직으로 입사하면 이 빛은 격자의 슬릿(slit)에서 회절된다. 회절격자 G에 있어 인접된 격자사이의 간격을 d라 하고, 파장이 λ인 입사광이 θ각도만큼 회절하였다고 할 때,

dsinθ = mλ (m = 0,1,2 ․․․) (1)

식을 만족한다면 그 방향으로 회절된 빛은 보강간섭을 하게 되어 밝은 빛이 나타난다. 파장이 다른 빛은 식(1)에 의하여 회절각이 다른 지점에 밝은 상을 형성하므로, 입사광은 파장별로 분산되어 스펙트럼 무늬를 이룬다. 따라서 회절각 θ를 측정하면 d와 λ사이의 관계를 알 수 있으며, 여기에 d를 이미 알고 있다면 빛의 파장을 구할 수 있다.

빛의 스펙트럼

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

품 명	규 격	소요량
회절격자분광기	회절격자 및 암실통 부착	1
기체방전관 set	Na, He, H, Hg, Cd, Xe, Ar, N	1
방전관 지지대	높이조절가능	1
D.C 고전압 장치	기체방전관용	1
방안지	1mm	3

회절 격자

회절격자 분광기

기체 방전관 set

방전관 지지대 및 D.C 고전압 장치

  

실험 방법

1. 실험 과정

① 방전관 지지대에 방전관을 연결한다.

② 감전의 위험 또는 실험 후 방전관을 교환할 때에 화상의 위험이 있으니 장갑을 꼭 착용 한다. 후에 고전압장치의 전원을 연결한다.

③ 스위치를 켜고 실험에 알맞은 세기의 빛을 조절한다.

④ 회절격자 분광기에 회절격자를 끼우고 회절격자 분광기 슬릿 앞에 방전관을 맞춘다.

⑤ 반대쪽 렌즈를 통해 회절된 빛을 관측한다.

⑥ 렌즈를 통해 스펙트럼을 확인하고 분광기 내에 눈금자로부터 스펙트럼의 특정 파장의 위치를 측정한다.

⑦ 완전히 밀폐된 상태로 분광기 렌즈를 통해 관측하면 주위는 온통 검고 빛 이외는 보이지 않는다. 눈금이 잘 보이지 않으면 분광기 윗덮개를 조금 열어서 측정하거나 분광기 옆 에 창을 열어서 확인한다.

⑧ 다른 기체 방전관에 대하여 실험을 반복한다. (방전관을 교환할 때는 고전압 장치의 전 압을 0으로 맞춘 후 전원을 내릴 수 있도록 하고, 방전관이 깨지지 않게 주의한다.)

⑨ 특정 파장의 위치를 측정 후 기록할 때 눈금을 보정하여 파장을 기록한다.

 

[Engineering/일반물리학실험] - 회절격자 분광기에 의한 빛의 파장 측정 2부