굴절실험

목차

1.서론

실험 목적


빛의 굴절



Snell's law


굴절률
1)절대굴절률

2)상대굴절률


유리의 반사율


빛의 흡수, 투과, 반사


소다-석회 유리(soda-lime glass)


TiO2 박막


uv-visible spectrophotometer
1) 원리
2) 흡광분석법의 실제
3) 농도의 측정 방법


2.실험 방법

실험 장비


3.결과


<결과의 분석>
4.고찰 및 결론

5.참고 문헌

본문내용

(입사광이 용질에 의하여 흡수되는 비율은 용질의 농도에 비례한다.)
6)흡수율을 보면 TiO2 +Fe2O3 mol%가 증가함에 따라 증가하였다.
7)굴절지수의 감소로 보아 반사율도 TiO2 +Fe2O3 mol%가 증가함에 따라 감소한다는 것을 알 수가 있다.
8)굴절지수의 감소는 농도의 증가에 따른 투과율의 감소 즉, 흡수율의 증가로 생각된다.
9)입사되는 광선을 불순물이 산란시켜 투과를 저하시켜 결과적으로 흡수한 것이다.
10)uv-visible spectrophotometer를 통해 얻은 그래프와 엑셀로 그린 그래프는 비슷했다.
(특정한 파장의 값으로 그렸기 때문에 완만한 그래프가 나왔음)
4.고찰 및 결론
이번 실험은 소다-석회 유리(soda-lime glass)에 TiO2 +Fe2O3를 증착시켜서 농도에 따른 굴절지수의 차이를 알아보는 실험이었다. 이 실험을 통해서 우리는 용질의 농도에 따른 굴절률의 변화 실험을 통해 재료의 광학적 성질을 이해하는 계기가 되었다. 먼저 자외선-가시광선분광광도계(uv-visible spectrophotometer)를 사용하여 흡수율과 투과율에 관한 데이터를 얻었다. 그 후 두가지 데이터 흡수율과 투과율을 R(반사율)+A(흡수율)+T(투과율)=1이라는 식을 이용하여 반사율을 얻었다. 반사율의 데이터로 음수값이 나온 반사율 데이터는 제외하고 반사율의 데이터를 평균 내어 R=(n-1/n+1)2라는 식을 이용하여 n값 즉, 굴절지수를 구하였다. 우리가 실험에 사용한 소다-석회 유리의 굴절 지수는 1.5이다. 그러나 TiO2 +Fe2O3를 1, 3, 5mol%로 증착시킨 후에 굴절지수는 약 2.2이상이 되었다. 이것은 원래 TiO2 박막자체의 굴절률의 이론적인 범위인 약1.9~2.6에 기인하게 되며 불순물이 첨가되어 재료의 굴절지수(n)이 커졌다는 것을 말한다. 쉽게 말하자면 소다-석회 유리가 불투명해졌다는 것이다. 이 굴절지수는 반사율과 비례하므로 반사율 또한 증가했다는 것을 반사율의 평균값을 통하여 알 수가 있다. 그리고 마지막 그래프인 TiO2 +Fe2O3 mol%와 굴절지수(n)의 그래프를 보면 농도가 높아질수록 굴절지수가 감소한다는 것을 알 수가 있는데 이것은 입사광이 용질에 의하여 흡수되는 비율은 용질층의 두께에 비례하며, 입사광이 용질에 의하여 흡수되는 비율은 용질의 농도에 비례한다는 bouguer-beer의 법칙을 말해주는 것이다. 용질의 농도가 높아졌기 때문에 흡수율이 증가하였고 흡수율의 증가에 비해 반사율이 감소하였다는 것을 결과의 그래프들을 통해서 알 수가 있다. 흡수율의 증가는 위에 3개의 파장(nm)과 흡수율, 투과율의 그래프에서 농도가 증가함에 따라 흡수율이 커짐으로 인해 알 수가 있다. 흡수율이 커진 이유는 소다-석회 유리(soda-lime glass)에 증착시킨 TiO2 +Fe2O3가 입사광을 흡수시켰기 때문으로 보아진다. 즉, 불투명해졌기 때문이며 농도가 높을수록 흡수율이 커져 반사되는 양이 감소하고 굴절지수 또한 감소된 것으로 생각된다. 우리가 사용한 자외선-가시광선분광광도계는 시료 중에 존재하는 목적성분의 농도를 특정파장에서 흡광도를 측정하여 계산하는 기계로서 이 기계를 사용하여 물질의 흡수율과 투과율을 측정하고 흡수율과 투과율을 가지고 식을 이용하여 반사율을 구했기 때문에 반사율을 우리가 바로 얻을 수가 없었다. 이 장비는 용질의 목적농도를 분석하는 장비로 반사율 값은 정확하지 않을 수 있다는 것을 알아야한다. 또한 파장에 따른 흡수율, 투과율, 반사율도 각각 다르다는 것을 알았다. 자외선-가시광선분광광도계를 사용하여 얻은 흡수율과 투과율을 이용하여 반사율과 굴절지수를 구하였기 때문에 정확한 데이터 도출이 어려웠다. 마지막으로 uv-visible spectrophotometer로 얻은 그래프와 특정파장에 따른 데이터로 그린 그래프의 차이는 연속적인 파장에 대한 값으로 그리지 않았기 때문이나 전제적으로 완만하면서 실제 그래프와 비슷함을 알 수가 있다.
5.참고 문헌
william callister 김용석외 3명 공역, 재료과학과 공학, 희중당, 1995년, p752~765
william smith 김철환 외 1명 공역, 재료과학과 공학, 사이텍 미디어, 2000년, p699~704
http://blog.naver.com/lampcence/40013627300
황보창권 저, 박막광학, 다성출판사, 2000년, p213~215
최시영 외 4명 공저, 박막공학의 기초, 일진사, 2002년, p63~70

키워드

uv-visible spectrophotometer ,   굴절률,   빛의 굴절,   절대굴절률,   상대굴절률,   반사율,   투과