Chapter 33 빛의 특성과 전파

33 장의 목표 빛과 빛의 성질 살펴보기 반사와 굴절의 학습 내부 전반사 현상 살펴보기 빛의 편광 살펴보기 반사에 의한 편광 알아보기 Huygens 원리의 학습

33.1 빛의 특성 빛의 두 가지 성질 빛은 전자기파로서 파동성 뿐 아니라 에너지 상태가 불연속인 광자라고 부르는 입자성도 가지고 있다. 전자기파의 발생원인: 전하의 가속운동

파면과 광선 파면: 파동과 관련된 물리량의 진동위상이 동일한 모든 점들의 자취 광선: 파의 진행방향을 따라 그린 가상의 선 파면들이 구형일 때 광선들은 구의 중심으로부터 퍼져나간다 팽창하는 파면 파면 광선 파면이 평평할 때 광선들은 파면에 수직하고 서로 평행하다 파면 광선 구면파(공기의 소밀)를 발생시키는 점음원

33.2 반사와 굴절 평면파가 유리창에서 반사되고 굴절된다 외부(공기)와 유리 속에서 광선으로 나타낸 파동 모자의 반사된 상 입사 광선 유리창 밖 입사파 굴절 광선 반사 광선 굴절파 광선들을 하나로 나타낸 모습 반사파 입사 광선 법선 굴절 광선 반사 광선 여자에게는 반사 된 모자의 상이 보인다 한 남자가 모자의 굴절된 상을 보고 있다

정반사: 매끄러운 표면에서 일정한 각으로 일어나는 반사 난반사: 거친 표면으로부터 산란되는 반사

반사와 굴절의 법칙 I 굴절률 반사법칙 굴절법칙 입사각 = 반사각 입사각 = 반사각 Snell 의 굴절법칙은 진공이 아닌 매질에서 빛이 느려지는 효과, 즉 굴절률을 고려한다 입사광선, 반사광선, 굴절광선과 경계면에 수직인 법선은 모두 같은 평면에 있다 는 법선을 기준으로 측정 굴절률 입사 광선 법선 반사법칙 굴절 광선 반사 광선 물질 a 물질 b 단색광선이 두 매질의 경계면을 지날 때 광선의 경로가 바뀐다 굴절법칙

반사와 굴절의 법칙 II 광선이 굴절률이 더 큰 물질로 들어갈 때 광선은 법선쪽으로 휜다 광선이 굴절률이 더 작은 물질로 들어갈 때 광선은 법선으로부터 멀어지도록 휜다 물질 a 물질 b 입사 입사 법선 반사 법선 굴절 물질 a 물질 b 반사 법선과 평행하게 입사하는 광선은 물질에 관계없이 휘지 않는다 법선 입사 반사 굴절

물속의 자가 휘어 보이는 이유? 물속에 잠긴 물체로부터 나오는 광선이 공기 중으로 나올 때 법선으로부터 멀리 구부러진다. 물위의 관측자가 보면 물체는 실제의 위치보다 표면에 더 가까이 있는 것처럼 보인다. 자가 구부러져 보이는 이유 물에 반쯤 잠긴 곧은 자 관찰자 자의 겉보기 위치 nb(공기) na(물) 자 자의 실제 위치

석양이 수직으로 납작해 보이는 이유? 공기의 굴절률은 1보다 약간 크고 석양으로부터 나오는 광선은 대기를 통해 들어올 때 아래로 굽는다. 태양의 아래 부분에서 오는 빛은 더 강한 굴절을 겪는다. 그래서 석양이 수직으로 납작해 보인다. 대기 태양으로부터 나오는 광선

굴절률 표 물질에서 빛의 파장 표 33.1 황색 나트륨 등 에 대한 굴절률 물질 굴절률, n 고체 얼음 형석 폴리에틸엔 암염 수정 지르콘 다이아몬드 페뷰라이트 금홍석 유리 크라운유리 경납유리 중간납유리 중납유리 란타늄납유리 20oC의 액체 메탄올 물 에탄올 4염화탄소 테러빈유 그리세린 벤젠 2산화황 물질에서 빛의 파장

보기 33.1 반사와 굴절 보기 33.1 반사광선과 굴절광선? 법선 반사광선 굴절법칙 굴절광선 (물) (유리)

33.3 내부 전반사 I 내부 전반사에 대한 임계각 입사각이 계속 커지면 투과하는 빛은 없어지고 모두 반사만 한다 레이저, 거울 그리고 어항 속의 물로 구성된 계에서의 내부 전반사 일 때에만 전반사가 일어난다 입사 레이저 빔 경계면에서 굴절 내부 전반사 입사각이 임계각 qcrit 일 때 굴절각은 qb = 90o 각도가 다른 두 거울 인 광선은 모두 내부 전반사

내부 전반사 II 내부 전반사의 응용 a,b,g 가 임계각보다 크면 광선은 전반사에 의해 광섬유 안에 갇힌다 포로 프리즘에서의 전반사 쌍안경에서의 두 개의 포로 프리즘의 결합 광섬유를 통한 영상 포로 프리즘 그림과 같은 입사광선은 45o 면에서 전반사 (유리-공기 경계면에서 qcrit = 41.1o이기 때문)

내부 전반사 III 다이아몬드는 투명한 물질 중에서 가장 굴절률이 높은 것 중의 하나이다. 그래서 입사된 거의 모든 빛이 안에서 여러 번 전반사 하게 된다. 면을 날카롭게 하면 그 효과가 증폭된다

33.5 편광 Malus의 법칙, 편광자를 지난 편광된 빛의 세기 편광 필터는 폴리머가 격자형태로 구성되어 있다. 그림과 같은 격자는 수직 방향의 전기장은 흡수하고, 수평 방향의 전기장은 통과시킨다. 즉 편광기의 편광축은 격자와 수직이다. 편광축 수직으로 편광된 빛은 일부만 흡수된다 편광축 편광 되지 않은 입사광 Malus의 법칙, 편광자를 지난 편광된 빛의 세기 수평으로 편광 된 성분은 거의 다 흡수된다 투과광은 수직방향으로 선편광 된다 폴라로이드 필터

보기 33.2 두 편광자의 조합 보기 33.2 편광 되지 않은 빛의 세기 I0. 두 편광자 축 사이 각이 30o 일 때 두 편광자를 통과한 빛의 세기? 편광자를 통과한 선편광의 세기 일 때 줄어드는 비 최종 세기

반사에 의한 편광 I ① 편광 되지 않은 빛이 편광각 qp로 입사한다면 … ② …반사된 빛은 100% 입사면에 수직으로 편광 된다 법선 반사면 입사면 ④ 편광 되지 않은 빛이 qp와 다른 각도로 반사면에 입사한다면 반사광은 부분 편광 된다 ③ …투과광은 부분적으로 입사면에 평행하게 편광 된다

반사에 의한 편광 II 편광각에 대한 Brewster의 법칙 종이면에 수직인 성분 반사 광선 법선 굴절 광선 빛이 편광각 qp 로 표면에 입사할 때 반사 그리고 굴절된 광선은 서로 수직이고 다음과 같은 관계식을 만족 편광각에 대한 Brewster의 법칙

보기 33.3 수영장 수면에서의 반사 보기 33.3 수영장 수면에서의 편광각과 굴절각? 두 물질의 굴절률 낮 밤 입사 반사 공기 굴절 공기 물 물 굴절 반사 입사

보기 33.3 (1)공기에서 물로 편광각 굴절각 또는 Snell법칙을 이용하여 (2) 물에서 공기로

33.7 호이겐스의 원리 1678 Christian Huygens의 기하학적인 분석에 의하면 파면의 모든 곳은 같은 속력으로 전파되는 2차 파의 파원으로 생각할 수 있다는 것이다 평면에서 반사되는 평면파 AA’ 의 연속된 모습 2차 파소 (a)의 일부분을 확대한 모습

Huygens의 원리로 반사와 굴절을 설명할 수 있다 굴절과 호이겐스의 원리 Huygens의 원리로 반사와 굴절을 설명할 수 있다 직각 삼각형 AOQ 에서 평면에서 반사되는 평면파 AA’ 의 연속된 모습 (a)의 일부분을 확대한 모습 직각 삼각형 AOB 에서 물질a 물질b 물질a 물질b

신기루의 형성 높은 곳의 파면은 거의 직선으로 진행 뜨거운 지표면 지표면 근처의 뜨거운 공기는 위 쪽의 차가운 공기보다 굴절률이 작아서 빛은 지표면에서 더 빠르게 움직인다. 그래서 지표면 가까이 갈수록 2차 파소의 반지름 vt 가 커져서 파면들은 진행할 때 휘게 된다.

연습문제 (33.2) 반사와 굴절 (33.7) 반사와 굴절 (33.10) 전반사 (33.16) 편광