[일반물리학실험]회절격자 분광기에 의한 빛의 파장 측정 2부

실험 결과

1. 결과 분석

분광기 내 눈금자 격자상수 5710 lines/㎝

네온의 노란색 파장 580㎚으로 눈금보정.

 

1) Hg(단위 10-11m λ)

	보라	초록	파랑	노랑	주황	빨강
실험값	5.1	5.7	5.8	5.9	6.05	6.8
이론값	4.35	5.46		5.79	6.15
오 차	0.75	0.24		0.11	0.1

 

2) Na(단위 10-11m λ)

빛이 너무 약해 스펙트럼이 너무 희미하여 실험을 할 수 없었다.

 

3) Cd(단위 10-11m λ)

빛이 너무 약해 스펙트럼이 너무 희미하여 실험을 할 수 없었다.

 

4) Xe(단위 10-11m λ)

 

	보라	초록	파랑	노랑	주황	빨강
실험값	3.9	5	5.4	5.5	5.65	6.4
이론값	3.8			5.8		6.33
오 차	0.1			0.3		0.07

 

5) Ar(단위 10-11m λ)

 

 

	파랑	초록	노랑	빨강
실험값	4.3	5.75	5.9	6.1
이론값	4.77	5.15
오 차	0.47	0.6

 

6) N(단위 10-11m λ)

 

	보라	초록	노랑	빨강
실험값	5	6.5	6.75	6.8
이론값
오 차

 

7) He(단위 10-11m λ)

 

  

	보라	파랑	초록	주황	빨강
측정값	3.65	4.9	5	5.5	6.4
이론값	4.02			5.87	6.87
오 차	0.37			0.37	0.47

  

8) H(단위 10-11m λ)

 

	보라	파랑	초록	주황	빨강
측정값	2~2.5	2.6	2.8	3.05	3.2
이론값	4.1	4.86			6.56
오 차	1.6~2.1	2.26			3.36

  

2. 질문 사항

1) 파장이 길수록 분산각도가 커지는 이유를 Huygens의 원리로 설명해 보아라.

파면에 있는 모든 점이 새로운 파를 만드는 2차 그 이상의 파원(소파 wavelet)이 된다.

이중슬릿에 의한 회절

단일슬릿에 의한 회절

슬릿의 수가 n개로 늘어남; 다중슬릿에 의한 간섭

 

2중 슬릿인 경우 한 진동수에 해당하는 빛의 분포영역이 넓어서 색깔을 구분하기 어려운데 섞여 있는 여러 파장의 빛을 더욱 선명하게 구별할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이 바로 회절격자 이다. 슬릿의 수(n)가 많을수록 밝고, 무늬의 폭은 좁아지므로 또렷이 빛을 구별할 수 있게 된다. dsinθ = mλ (m = 0,1,2 ․․․) 이 식에서 파장이 작은 빛은 θ가 작은 위치에서 관측되고 파장이 큰 빛은 θ가 큰 위치에서 관측됨을 예측할 수 있다.

2) 적외선이나 자외선 부분의 스펙트럼을 관측하기 위해서는 지금 쓰고 있는 회절격자 분광기를 어떻게 개조하면 되겠는가?

적외선은 자체 에너지가 작고 광원부터의 방출량도 적기 때문에 불필요한 손실을 피하기 위해서 특수한 홈을 갖는 격자를 만들어야 한다. 적외선에서는 보통 복사밀도가 작으므로 복사의 대부분을 한 차수로 모으는 밑면이 톱니 모양으로 일정하게 경사져있는 격자가 필요하다. 자외선은 공기에 의한 흡수를 피해야 하기에 장치 전체를 진공상태로 만들어 주어야 한다.

토의 사항

1. 실험 고찰

실험은 생각보다 간단한 것 같은데 이 실험하는 자체에 대해서 의미를 이해하기 힘들었다. 그래서 조교 선생님께도 실험이 원하는 걸 이해하지 못해 질문을 해보았다. 실험의 흐름을 이해하고 시작을 하려 해보아도 분광기 속에서 빛이 어떻게 회절이 일어나서 내 눈에 스펙트럼이 보이게 되는 건지 그게 어떤 원리이며 방전관의 종류마다 특정 위치의 스펙트럼의 값이 바뀌는지 이해할 수 없었다. 

그리고 기계사용의 미숙함... 방전관이 8개 정도 있었는데 그 중에 이상하게 나트륨과 카드뮴의 경우 밖에서 보면 빛이 약한지 잘 모르겠는데 분광기를 통해서 보면 스펙트럼이 너무 희미하게 보여서 실험을 할 수가 없었다. 어쩔 수 없이 나머지 방전관을 사용하여 기록했다. 실험할 때는 몰랐는데 보고서를 쓰면서 이론값과 비교해 보니 오차값이 생각보다 컷다. 이유는 기계가 아닌 사람이 측정했기 때문인 것 같다.

이 실험은 솔직히 다른 실험하고 다르게 전원 켜서 보고 적는 일이 다인데 다른 곳에서 오차가 생길 수 없다고 생각했다. 실험을 하면서 실험값을 기록할 때는 다른 사람이 재면 또 다른 값이 나올까봐 보고 적는 일을 한사람이 맡아서 했었는데 나중엔 눈이 아파서 그런지 마지막에 기록했던 수소가 오차가 가장 크게 나왔다. 또 눈금보정을 제대로 하지 않아서 보는 위치마다 서로의 오차가 컸을 것이고 네온의 노란색 파장의 빛을 기준으로 보정했기 때문에 실험값이 정확하다고 보기가 힘들다. 보고서를 끝으로 스펙트럼이 연속 스펙트럼이 아닌 선 스펙트럼이 나타는 이유를 현대물리학 시간에 배운 원자내의 에너지가 “양자화”되어 있기 때문이라는 것을 생각해 보았다. 

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