Chapter 33 빛의 특성과 전파.

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1 Chapter 33 빛의 특성과 전파

2 33 장의 목표 빛과 빛의 성질 살펴보기 반사와 굴절의 학습 내부 전반사 현상 살펴보기 빛의 편광 살펴보기
반사에 의한 편광 알아보기 Huygens 원리의 학습

3 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

4 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

5 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

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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

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

13 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

14 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)

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

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

22 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

23 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

24 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.

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