-빛의 성질과 광학, 그 응용- 물리 현상의 원리 11조

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1 -빛의 성질과 광학, 그 응용- 물리 현상의 원리 11조
물리현상의 원리 11조 기 하 광 학 -빛의 성질과 광학, 그 응용- 물리 현상의 원리 11조

2 1. 빛의 성질 (1) 반사 : 빛이 물체의 표면에 입사하면 빛의 일부가 반사하게 된다. 95% 정도가 반사하게 된다. 빛이 입사할 때 평면과 빛이 이루는 각은 반사될 때의 빛과 평면이 이루는 각이 같다는 법칙이 반사의 법칙이다. 이에는 전반사와 난반사가 있다.

3 (2) 굴절 : 빛이 한 매질로부터 다른 매질로 입사하면 입사한 빛의 일부는 경계면에서 반사되고 나머지는 새로운 매질 속으로 투과된다. 광선이 경계면에서 수직이 아닌 각으로 입사하면 새로운 매질에서 그 방향이 바뀌어지며 이러한 현상을 굴절이라 한다. 굴절은 스넬의 법칙에 의한다.

4 (3) 회절 : 빛을 파동으로 이해하였을 때, 빛이 모서리에서 휘거나 번져나가는 현상.
프레넬의 실험(물리 현상의 원리 강의 양자역학 부분 참고)에서 빛이 원판을 만나면 둥그런 그림자가 생기는데, 가운데에 밝은 점이 생기는 현상이 이 회절 현상이다.이 는 보강 간섭을 일으키는 경우이다. 다음은 영의 2중 슬릿 실험이다.

5 (4) 간섭 : 호이겐스(C. Huygens : 1629-1695)는 호이겐스의 원리로 빛의 파동론을
제창했다. 이 호이겐스의 원리는 파면상의 모든 점들은 작은 파동을 만드는 파동의 근원이라 볼 수 있고 이들 작은 파동들은 원래 파동의 전파속도로 전방으로 파급되 어 간다. 이 때 새로운 파면(wave front)은 이들 작은 파면들의 접선으로 이루어지는 포괄면(envelope)이다. 이러한 빛의 파동성에 의하면 다음의 영의 실험에서 나타나 는 빛의 스펙트럼 현상을 설명할 수 있다.

6 두 슬립을 통과한 파동은 같은 거리를 진행할 경우, 두 파동의 위상이 같아 보강간섭
이 일어나게 되고 반대로 두 광파의 진행 거리가 한 파장의 정수배만큼 차이가 날 경우 보강간섭이 일어난다. 반대로 두 광로의 차가 반파장이 되는 경우에는 소멸간섭이 일 어난다. (5) 편광 : 파가 진행힐 때, 한 평면 내에서만 진동한다고 한다면 파의 진행경로에 수직 격자를 놓으면 수직 편광된 파는 지나갈 수 없을 것이다. 이와 같이 빛이 파동은 어떤 평면 내에서만 운동하는 파들이 모인 것이라 생각하는 것이 편광이다.

7 2. 기하 광학 빛의 경로를 직선 광선으로 가정하고 여러 매질에서 빛이 어떻게 움직일 지에
대하여 탐구한 학문이다. 여기서는 거울과 렌즈의 광학에 대하여 그림을 중심으 로 알아보도록 하겠다. (1) 거울 : 거울에는 평면 거울, 볼록 거울, 오목 거울이 있다. 평면 거울에서는 반사의 법칙이 가장 중요하며 볼록, 오목 거울에서는 상의 모양과 위치를 예측할 때 에 빛이 곡면의 중심에 수직인 직선에 평행하게 들어올 때 반사되어 초점을 항상 지난다는 1번째 법칙이 가장 중요하며 구면의 중심에서 초점까지의 거 리의 2배의 위치를 통과하는 빛은 항상 다시 그 위치로 그대로 돌아온다는 2번째 법칙이 중요하다. 또한 초점을 통과하여 들어오는 빛은 항상 곡면의 중심에 수직인 직선에 평행하게 반사된다는 3법칙이 고려되어야 한다. 그럼 지금부터 각 거울들의 상의 모습을 그림을 통하여 알아보도록 하겠다.

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9 (2) 렌즈 : 렌즈는 빛의 굴절을 이용한 기기이다. 오목 렌즈와 볼록 렌즈가 가장 기초적
이며 다른 렌즈들은 이들을 그대로 응용한 것이다. 이도 또한 그림을 통하여 알 아 보도록 하자.

10 렌즈도 거울과 마찬가지로 렌즈의 중심에 수직인 직선에 평행하게 렌즈를 통과한 광선
은 그 초점을 지난다. 이가 1법칙이다. 오목렌즈의 경우 초점이 광원의 방향에 있기 때문 에 발산 렌즈가 될 수 밖에 없다. 그리고 렌즈의 중심을 통과하면 그대로 굴절이 되지 않 는다는 것이 2법칙이다. 또한 빛이 렌즈의 중심과 평행하게 들어가지 않는 경우에는 렌 즈의 중심에 수직인 직선에 평행하게 빛이 굴절하게 된다. 이가 3법칙이다. 이 3법칙에 따르면 상을 구할 수 있다. 3. 광학의 응용 (1) Prism : 빛의 파장에 따라 굴절률이 달라진다는 현상을 이용하여 태양빛의 스펙트럼을 알 수 있도록 고안되어진 장치이다. 빛의 가시광선, 자외선, 적외선 특히 적외선과 자외선은 눈으로 구별할 수 없지만, 태양빛의 가시광선의 경우 빨주노초파남보 7가지 색깔의 빛이 각각 파장이 다르기 때문에 프리즘을 통하면 각 빛의 굴절률이 달라져 식별이 가능하게 된다. 이것이 프리즘이다.그림을 통하여 살펴보자.

11 (2) Optical fiber : 이 또한 빛의 전반사를 이용한 기술이다. 이도 또한 그림을 통하여
알아보도록 하자. 빛의 속도를 이용한 정보 전달 기술로써 그의 속도 는 타의 추종을 불허한다.

12 (3) 안경의 렌즈 : 렌즈는 기하 광학이 가장 인간에게 적절히 이용되어진 기구라는
생각이 들고 매우 높게 평가되어져야 할 기술이라 생각한다. 여기서는 안경의 기능별 원리를 살펴보도록 하겠다. ★ 편광렌즈 : 편광렌즈는 어느 특정 방향으로 진행하는 빛을 중심으로 통과 시키므로 모든 방향으로 진동하는 자연광의 에너지보다 상당히 그 빛에너 지가 줄어들게 되어 멸광효과를 얻을 수 있으므로 선글라스로 역할을 할 수 있다.

13 ★ 자외선차단렌즈 : 필요 이상의 자외선은 피부암을 일으키고 우리눈에 각막염
과 백내장이나 다른 안질환의 원인이 될 수 있다. 그리고 현대에는 오존층의 파괴와 환경오염으로 인한 자외선의 양과 도시의 빌딩들에 의한 반사로 자외 선 양이 많아짐에 따라 UV흡수렌즈는 필수적으로 착용해야 한다. 자외선렌즈는 315nm~380nm까지의 자외선을 완전 차단할 수 있으며 자외선 투과율 측정기를 사용하여 어느 영역의 자외선을 얼마만큼 차단하는지를 반드 시 확인해야 한다. => 자외선에는, 3 개의 타입이 있습니다. UV-A 오랫동안 접촉을 하면 피부를 검게 된다.UV-A는 수정체에 흡수되어, 백내 장의 원인이 된다. UV- B 오래동안 접촉이 되면 피부가 붉게 된다.. 각막의 염증을 일으키는 원인이 되기도 한다 UV- C 오존층에서 흡수되고, 거의 지표에는 닿지 않는다

14 (4) 홀로그램 : 홀로그램이란 두 빛의 간섭 효과를 이용한 기술로서 물체에 부딪쳐
★ 차광렌즈 차광효과가 있는 렌즈에는 칼라렌즈와 미러렌즈가 있다. 칼라렌즈는 과도한 빛 에너지가 눈에 일시에 들어오는 것을 막아주고 자외선을 흡수하여 눈에 이르지 못하게 하기 위해 사용하는 렌즈이다. 또한 눈의 보호와 미용적인 목적으로 많 이 사용되고 있다. 미러렌즈의 경우 등산용 고글이나 선글라스 렌즈에는 대부분 이 미러코팅이 되어 있다. 대개의 경우 이 코팅의 소재로 수은을 상용해 왔으나 최근에 와서는 백금과 티타늄을 소재로 한 첨단 기법을 사용하고 있다. 렌즈 표 면에 미러코팅을 하는 이유는 자외선과 반사광선을 차단 눈을 보호하기 위해서 이다. 대부분의 렌즈는 70%정도만 자외선을 차단하나 미러렌즈는 100% 차단효과 를 보이고 있다. (4) 홀로그램 : 홀로그램이란 두 빛의 간섭 효과를 이용한 기술로서 물체에 부딪쳐 나오는 빛으로 말미암아 물체가 보이는 것이므로 이 물체의 빛을 다시 만들 수만 있다면 실제의 물체와 똑같은 형상을 재현할 수 있을 것이다. 홀로그램은 이것을 실현한 것으로 레이저 빛을 사용하여 물체에서 부딪 쳐 나오는 물체파를 또다른 방향에서 온 레이저 빛과 만나게 하여 사진 필름에 함께 기록한다. 이때 두 방향의 빛이 만나면 물체의 각 부분에서 반사된 물체파의 위상의 차이에 따라서 밝고 어두운 수많은 선으로 이루 어진 간섭 무늬가 생기는데 바로 이 간섭무늬 안에 물체의 진폭과 위상 이 함께 기록된다고 할 수 있다. 홀로그햄의 원리를 그림으로 한 번 알아보 자.

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