[물리] 스펙트럼 측정-회절격자 분광기

소개글

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목차

1. 실험제목
2. 실험목적
3. 실험원리
4. 실험기구 및 장치
5. 실험방법
6. 손가락 질문 및 질문사항
7. 실험결과
8. 검토 및 토의

본문내용

스펙트럼 측정-회절격자 분광기
1.실험 목적
회절격자 분광기를 이용하여 여러 가지 기체 방전관의 선스펙트럼을 관찰하고 각각의 스펙트럼선의 파장을 알아본다.

2.실험 원리
미시세계에 대한 에너지 양자화의 가장 유명한 적용은 Niels Bohr에 의하여 이루어졌다. 그는 1913년 수소원자의 모형을 제안하였고 알려진 수소스펙트럼에 대한 스펙트럼선의 파장을 계산하였다.
금세기에 들어설 무렵에 방전으로 인하여 여기된 기체의 원자로부터 방출되는 빛에 대한 많은 자료가 얻어졌다. 좁은 슬릿을 가진 분광기를 통하여 볼 때 이 빛들은 서로 다른 색깔이나 파장을 가진 불연속적인 선들의 집합으로 보인다. 이들 선의 간격이나 세기는 그 원소의 특성을 나타낸다.
빛의 파장을 재는 유용한 도구는 회절격자(diffraction gating)이며, 그것은 평면 위의 수많은 등간격의 선이나 슬릿으로 구성되어 있다. 그러한 격자는 유리나 금속 판 위에 미세하게 평행한 등간격의 홈을 냄으로써 만들 수 있다. 반사격자를 쓰면 빛이 선들 사이의 등(ridge)으로부터 반사된다. 축음기 음반은 반사격자의 특성을 나타낸다. 투과격자에서는 괘선들 사이의 깨끗한 간격을 통하여 빛이 지나간다. 센티미터당 10,000개의 슬릿을 가지는 격자에서 슬릿들 간의 간격은 d=(1cm)/10000=102-4cm이다.
[그림 19-1]과 같이 투과격자에 수직하게 입사하는 평면광파를 고려하자. 그리고 각 슬릿의 너비가 매우 작아서 각각의 슬릿이 넓게 회절된 광선을 만든다고 가정하자. 격자로부터 아주 멀리 위치한 스크린에 생기는 간섭무늬는 등간격의 수많은 광원들을 인해 생기는 것이다. 간섭최대는

① 측정할 기체 방전관을 분광기의 슬릿 앞에 놓고 방전관을 켠 다음 마찬가지로 각 색깔별로 제일 밝게 보이는 선들의 눈금을 읽어 표에 기록한다. 이때도 마찬가지로 스펙트럼선의 폭이 너무 크면 슬릿을 조절하여 선이 선명하게 보이도록 한다.
② 실험에서 관측된 스펙트럼선들의 파장에 예비 실험에서 구한 보정계수를 대입하여 보정값을 구한다.
③ 각 스펙트럼의 보정값과 실제값을 비교한다.
④ 나머지 방전관들에 대해서도 과정 ①~③을 반복하여 스펙트럼선들의 파장을 구한다.
⑤ 각각에 대한 스페트럼 그림을 그리시오.

5. 질문사항
[손가락 질문]
☞ 슬릿 폭이 너무 넓으면 정확한 실험이 되지 않는 이유는 무엇입니까?
⇒ 입사파의 파장보다 슬릿의 폭이 크게 되면 회절이 일어나지 않기 때문이다. 일상생활에서 가시광선의 회절이 일어나지 않는 이유도 가시광선의 파장은 대략 400nm에서 700nm정도인데 이것보다 작은 슬릿은 일상생활에 거의 없기 때문이다.

[질문사항]
(1) 원소마다 스펙트럼이 다르게 나오는 이유에 대하여 알아봅시다.
⇒ 원소마다 자유전자가 방출하는 에너지가 다르기 때문이다. 들뜬 상태에 있는 전자가 바닥상태에 있는

참고 자료

일반물리학실험-북스힐