Blackbody Radiation Modern Physics 3학년 20050625 3조 임성우

목차 1.목적 2.측정 원리 및 이론 3. 실험방법 및 유의사항 4. 논의 및 결론

실험목적 1.Blackbody Radation 의 원리를 이해하고, 실험을 통해 Wavelength vs Lightintensity 그래프 를 구하고, 실제 그 값이 프랑크 복사식 과 일치하는지를 Wavelength vs I(λ,T) 그래프 에 비교하여  검증한다.

측정원리 및 이론   흑체에서 나온 빛을 프리즘에 투과시켜  아래의 사진과 같이 얻어진 값 θ 를 deg 에서 rad 로 변환하여 아래의 공식에 넣어서 wavelength 를 구하고, wavelength 대 intensity의 값이 이론 값과 일치하는지 비교한다.

파장분포식에 변수들을 대입하여 wavelength 대 I(λ,T) 도 우리가 구한 데이타의 그래프와 일치하는지를 본다.   아래의 공식을 이용하여 angle을 wavelength로 바꾸고 전압V와 전류I로 저항R값을 계산해 절대온도 T를 구할수 있었다.  

실험방법 및 유의사항 1.아래의 그림과 같이 장치를 설치한다.    1.아래의 그림과 같이 장치를 설치한다.

위의 과정에서 렌즈는 Rotation plate에 가깞게 하며 흑체에서 가까운 렌즈와 에퍼쳐 의 거리를 10cm 로 한다 첫번째 Aperture(구멍) 에서 1,2,3,4,5 라고 쓰여진 구멍이있는데,  우리는 4로 마추고 로테이션판 뒤에 에퍼처 역시 번호가 적혀 있는데, 번호4 로 돌려놓고 실험했다.   우선 모션로타리 센서(각도센서)의 센서티비티를 알기 위해, 실제 메뉴얼로 10도 돌렸을때와 센서를 통해 측정된 각도의 수치를 구해서 (10도~40도까지 10단위로) 이둘의 기울기를 구한다. 그다음 불을 끄고 스펙트럼이 나타나는 위치의 각도와 프리즘을 일직선으로 통과하는 소량의 빛(흰색)의 각도를 동시에 측정하고    θ = (흰색빛각도-실제움직인각도)/기울기 를  실험하는 각도 데이터로 쓰기로 한다.  2.datastudio 를 실행하여 세팅하는데, Angle vs Lightintensity 는 그래프로, 흑체에 연결된 전압과 전류센서, 그리고 θ 도 편의를 위해 digit으로 놓고 측정한다.

 3.rotation 판이 시계반대방향으로 최대한 돌려 70도가 금에 물리게 하고  light 센서의 Gain을 100으로 마추며,실험시작전 영점을 마추고  심험을 시작한다. 4. 흑체에 가해지는 Voltage 를 3v부터 5v,7v,10v 의 순으로 실험을 진행한다. 실험간에 텀을주어 충분히 예열되도록한다. 5. 57도~62도 정도 사이에서 Maximum light intensity가 나올 가능성이 높기때문에 그지점에서는 rotation판을 천천히 돌리면서 data를 얻는다. 6 .실험이 끝나면 stop을 누르고 다음 실험직전 다시한번 light센서의 영점을 잡는다. 7. motion rotary sensor(각도센서)가 그냥 핀으로 되어있어 미끌림이 일어나 각도의 오차가 클가능성이 있어 한실험에서 여러번 값을 구하고 평균을 data로 사용한다. 또한  각도센서가 미끌리는걸 방지하기 위해 손으로 센서를 밀어주어 로테이션판과 센서의 마찰력을 크게하여 실험하였다. 8.실험이 끝나면, 데이터를  저장하고 엑셀에 옮겨 테이블을 만들고, 그래프를 얻는다.

파장과 빛 세기의 테이블(데이타 양이 너무 많아 일부만 올림)

아래의 그래프는 Wavelength vs Lightintensity 의 그래프 이다.

DISCUSSION & RESULT

아래는 온도에 따른 I(λ,T)의 테이블이다.(테이블이 많아 일부 구간만 올림)

아래는 온도에 따른 wavelength vs I(λ,T) 의 그래프이다.

  실제로 구한 값과 이론값이 거의 일치함  실제로 우리가 사용한 흑체는 이상적인 흑체에 가깝지 못하고, 필라멘트를 사용한 흑체이기 때문에, 이론값과 비슷하지만 어느정도 오차가 있음을 알 수 있다. 

오차원인 1.Rotary motion sensor 의 미끌림 오차원인     1.Rotary motion sensor 의 미끌림 즉, 정확한 각도와 다르게 측정이 된다면 그에 따른 파장의 값도 다르게 나타날 것이다. 2.온도문제 전에 했던 실험의 에너지가 남아서 다음 실험에 영향을 끼칠 경우가 존재한다. 그러므로 흑체에 가해지는 전압의 경우 낮은 전압에서 높은 전압 순으로 하되, 실험간의 간격을 10정도로 하여 충분히 흑체를 식힌 후 실험을 재개한다.  3. 기타 실험기구를 조작하는 과정에서 이나 다른 곳에서 반사된 빛이 light intensity에 영향을 주는 경우가 있을 수 있다. 

끝