(nm)
d(m)
압력 (cmHg)
굴절율
3
714
0.03
20
1.0000357
5
714
0.03
36
1.0000595
10
714
0.03
42
1.000119
15
714
0.03
55
1.0001785
19
714
0.03
62
1.0002261
특정 압력에서의 굴절율은
위 값을 토대로 압력과 굴절율의 그래프를 그리면,
③ 유리의 굴절율 측정
각도 변화
M
유리두께(m)
레이저 파장(nm)
공기에서 굴절율
2.9
10
0.005
714
1.0002261
4.2
20
0.005
714
1.0002261
5
30
0.005
714
1.0002261
식을 이용하여 유리의 굴절율을 측정할 수 있는데, 우리가 구한 유리의 굴절율은 평균 2.20이라는 값을 얻었다.
6.결론 및 검토
빛의 경로는 실제 길이의 변화, 굴절률의 변화(매질의 성질-기체의 압력이나 온도, 유체의 점성, 고체의 결정 구조 등의 변화)에 따라 달라진다. 우리는 이번 실험을 통해 그 사실을 직접 확인하였다. 공간상에서 두 빛이 만나면 간섭 현상을 일으키게 되는데 이러한 경로차에 의해 간섭은 영향을 받는다. 이러한 이러한 것을 충족하는 마이켈슨 간섭계 실험 장치를 통해서 직접 공기의 굴절율과 유리의 굴절율, 레이저의 파장을 구하였다.
레이저의 파장의 측정은 (M : 무늬수의 변화)식을 이용하여 거울의 이동거리에 따른 무늬의 변화수를 측정하였다. 우리의 측정값은 약 714nm라는 결과를 얻었는데, 실제 레이저의 파장은 약 633nm정도라고 한다. 이것은 우리가 무늬의 개수가 정확하게 딱 떨어지는 거울의 이동거리를 정확하게 측정할 수 없기 때문에 이러한 일이 생기지 않았나 하는 생각이 든다. 또한 간섭무늬가 뚜렷하지 못했기 때문에 무늬의 수를 구분하는데 문제가 있었던것 같다.
공기의 굴절율 측정은 1기압은 76cmHg 인데, 최대가 약 62cmHg 까지만 올라갔다. 이것은 당시 비가오는 저기압의 상태여서 그런것 같다. 우리가 측정한 공기의 굴절율은 1.0002261로서 실제 공기의 굴절율 1.000229정도인데 비교적 정확한 값을 얻었다. 그런데 이 실험도 정확한 실험이 었는지는 의문이다. 압력을 정확하게 원하는 만큼 손으로 조정하기가 힘들었기 때문이다.
마지막 실험은 유리의 굴절율을 측정하는 실험이었는데, 유리가 구한 유리의 굴절율은 2.20으로 실제 유리의 굴절율 보다 큰 값을 얻었다. 이것은 실험1.2에 측정한 결과를 모두 이용하기 때문에 오차가 누적되어서 결과의 오차가 더욱 커지지 않았나 생각이 든다.
실험의 결과는 정확하지는 않았지만, 마이켈슨 간섭계의 실험을 좀 더 이해하게 된것 같고, 굴절율을 측정하는 다양한 원리를 알게 해준 실험이다.
질문)
(1)실험 ④의 결과에서 얻어지는 기체의 굴절률과 압력의 관계를 물리적으로 설명해보아라.
(2)실험 ④로부터 공기 (대기압)의 굴절률을 구할 수 있겠는가?(구해볼 것)
(3)실험 ⑤에서 구할 수 있는 유리의 굴절률 값의 정밀도는 ? 의 정밀도를 보장하려면 무늬의 개수를 몇 개쯤 측정해야 할까?