공학기초물리실험 - 빛의 굴절 및 편광실험
1. 실험목적
: 빛의 성질인 직진성과 반사의 법칙을 확인하고 횡파이며 전자기파이기 때문에 생기는 빛의 편광현상을 관찰한다.
2. 원 리
(1) 빛의 직진성과 반사의 법칙
: 규칙적인 반사는 거울과 같은 평면에 입사될 때 일어나고, 반사 후 빛의 방향은 입사광선의 방향에 의해 결정된다. 반사 후 광선의 진행방향은 다음과 같이 반사의 법칙에 의해 결정된다.
규칙반사가 일어날때
① 입사각과 반사각은 같고,② 반사광선은 입사면 내에 있다.
여기서 입사면이란 입사광선과 거울의 법선으로 이루어지는 평면을 말한다.
(2) 빛의 굴절과 전반사
① 빛의 반사와 굴절
: 빛이 두 매질의 경계면을 통과할 때 직진하지 않고 꺽어지는 현상을 굴절이라 한다. 빛의 굴절 역시 페르마의 원리에 의해 설명될 수 있는데 [그림1]과 같이 빛은 최소시간 경로로 전파된다. 굴절후 광선의 방향은 굴절의 법칙(또는 스넬의 법칙)에 의해 결정되는데 수식적 표현은 다음과 같다.
n=sini/sinr=v1/v2=n2/n1=sinc
여기서 n:매질의 상대굴절률, i:입사각, r:굴절각, v1,v2는 각각 매질Ⅰ,Ⅱ에서의 빛의속도, n1,n2는 각 매질에서의 굴절률, c는 전반사 조건의 임계각이다. 매질의 굴절률은 n1=c/v1 즉, 진공속에서의 빛의속도와 그 매질 내에서의 빛의속도의 비이다. 공기중에서의 빛의 속도는 진공중에서의 속도와 거의 같기 때문에 대부분의 경우 공기의 굴절률을 1로 간주한다.
② 빛의 전반사
빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행할 때 굴절각은 입사각보다 크다. 입사각을 증가시키면 어느 임계 치에서는 굴절광선이 경계면을 따라 진행하게 되고, 더욱 커지면 굴절광선이 없어지고 빛은 모두 전반사된다. 즉, 임계각이란 굴절각이 90°일 때의 빛의 입사각을 말하며, 입사각이 임계각보다 크면 빛은 전반사하게 된다.
(3) 빛의 편광과 편광각
① 빛의 편광
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2014.09.26
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