굴절 실험

굴절 실험

굴절 실험을 통해 굴절계의 기본을 이해할 수 있다. 이 실험에서는 임계각과 총 내부 반사의 개념을 이용하여 샘플의 굴절률을 측정한다.

도페의 프리즘 위에 샘플을 놓는다. 도페 프리즘은 이미지가 프리즘의 두 배 각 속도로 회전하는 방식으로 빔이 이탈하지 않고 이미지를 회전시킨다. 589nm 파장의 LED 빛이 조준되어 프리즘과 솔루션 사이의 인터페이스로 향한다.

광선은 서로 다른 각도에서 인터페이스를 충족한다. 이러한 각도 중 일부는 인터페이스의 임계 각도보다 커서 빛이 완전히 반사되게 된다. 임계 각도보다 작은 입사각의 경우 빛이 부분적으로 전달된다(즉, 손실이 나타난다). 따라서 스크린에 그림자(덜 발광하게 된다.)가 생성됩니다. 그림자의 위치는 임계 각도의 크기를 나타내게 되며 굴절률을 얻을 수 있다.

당 농도를 알고 있는 용액과 미지의 농도를 가진 용액을 샘플로 사용하여 실험을 진행한다. 두 용액의 굴절률을 측정하고 농도를 알고 있는 용액의 측정 값을 통해 미지의 농도의 당농도를 추론할 수 있다. 액체와 고체에서 빛의 속도는 파장과 굴절률에 따라 크게 달라진다. 가장 정확한 측정을 위해서는 단색광이 사용된다. 입사광과 입사각의 미세 조정은 LED 마운트를 통해 진행할 수 있다. 렌즈와 도페 프리즘은 눈금이 광학 레일에 고정되며 쉽게 장착 및 이동할 수 있다.

- 시료의 굴절률 측정

- 간결하고 정밀하게 디자인

- 광학 파장 589nm의 고성능 LED 광원 사용

- 선명하고 날카로운 그림자 한계를 관찰

굴절의 법칙: 스넬의 법칙(Snell’s Law)

첫 번째 매체(프리즘)에서 두 번째 매체(샘플)로의 이동에서 발생하는 빛 입사는 스넬의 법칙을 통해 나타낼 수 있다.

(sinθ_i)/(sinθ_r )=n_2/n_1 

*θ_i:입사각

*θ_r: 반사각

*n_1: 매체1굴절률

*n_2: 매체2굴절률

첫번째 매체는 프리즘이다. 프리즘의 굴절률은 1.717이다. 따라서 n1 = 1.717이다. 두 번째 매체는 샘플 재료와 지수 n2이다. 샘플의 굴절률을 알면 샘플 프리즘 인터페이스의 임계각을 알 수 있다.

i.e:sinθ_c=n_2/n_1  sin90°

sinθ_c=n_2/1.717

이 과정을 통해 두번째 매체인 샘플의 굴절률도 찾을 수 있다.

n_2=1.717sinθ_c