KR200443877Y1 - 유체에 대한 빛의 굴절성 실험장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 유체에 대한 빛의 굴절성 실험장치에 관한 것으로, 지면에 안착지지되는 받침대, 상기 받침대의 중심에 설치되어 시험하고자 하는 유체를 저장할 수 있는 유체통, 상기 유체통의 바깥쪽에 배치되어 받침대에 대해 회전할 수 있게 설치된 회전판, 상기 회전판의 회전각도를 체크할 수 있게 회전각도 눈금이 새겨진 각도판, 상기 받침대에 고정설치되어 빛을 발사하는 발광부 및, 상기 회전판에 설치되어 발광부에서 비추어져 유체통의 유체를 거치면서 굴절된 다음 나오는 빛을 감지하는 수광부로 이루어진다. 그리고 상기 수광부에 빛이 접수되면 신호를 발생하게 하는 신호 발생기 및, 상기 발광부에 전류를 공급하고 수광부에 빛이 신호 발생기를 작동시키는 전자 제어기를 추가포함할 수 있다. 이러한 구조로 이루어진 본 고안의 유체에 대한 빛의 굴절각 실험장치는 빛의 굴절률을 실험하기 위한 유체를 유체통에 부어 넣고 발광부에서 빛을 발사하면, 발광부의 불빛이 유체통의 유체를 통과한 다음 수광부로 전달되는데, 이때 발광부의 불빛이 유체통을 통과하면서 굴절되는 각도에 맞추어 수광부를 조절하여 빛의 굴절각을 측정할 수 있는 것이다. 또한, 전자 제어기를 설치하여 사용하면 상기 수광부의 위치가 빛의 굴절각도에 맞추어 정확하게 조절되면 자동적으로 신호가 발생되게 하여 해당 유체의 굴절각도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다. 이러한 본 고안의 실험장치를 사용하면 빛이 유체 속에서 굴절하는 현상과 유체의 굴절성을 교실이나 실험실에서도 간단하게 실험할 수 있는 것이다.

빛의 굴절성, 유체, 발광센서, 수광센서, 각도판

Description

유체에 대한 빛의 굴절성 실험장치{AN EQUIPMENT FOR TESTING THE REFRACTIVITY OF LIGHT TO THE FLUID}

본 고안은 유체에 대한 빛의 굴절성 실험장치에 관한 것으로, 특히 빛이 유체속에서 굴절하는 현상을 간단하게 실험할 수 있을 뿐만 아니라 유체의 종류에 따른 굴절률도 간단하게 측정 시험할 수 있게 한 유체에 대한 빛의 굴절성 실험장치에 관한 것이다.

학생들이 자연 과학 과목에서 빛에 대한 특징을 배울 때, 빛은 공기 중에서 직진한다는 직진성과 함께 빛이 유체를 통과할 때는 일정한 각도로 굴절한다는 굴절성을 갖는다는 특징을 배운다.

이와 같은 빛의 특징 중에서 직진성을 설명할 때는 통상, 그림자의 생성, 그림자의 크기 변화, 등대의 불빛 및 일식과 월식의 예를 들고, 비교적 간단한 실험 방법으로 콜로이드 용액을 이용하거나, 바늘 구멍사진기를 사용할 수가 있다.

한편, 빛의 굴절현상은 빛이 어느 한 물질에서 다른 물질로 들어갈 때 그 경 계면에서 진행방향이 꺾이는 현상을 말하는 것으로서, 이러한 빛의 굴절성에 대한 실험을 할 때는 투명한 용기에 물을 담고 젓가락을 용기 속에 담거나 레이저빔을 쏘아 레이저가 물을 통과하면서 소정의 각도로 굴절되어 통과하는 것을 살피게 하고 있다.

그러나 이러한 빛의 굴절성에 대한 실험 방법은 단순히 빛이 유체를 통과할 때 소정의 각도로 굴절되면서 휘어지는 것을 육안으로 확인할 수 있을 뿐, 실제 각각의 유체, 즉 물 또는 기름 등의 유체를 통과할 때 어느 정도의 굴절이 일어나는지는 정확하게 알 수가 없다.

따라서, 특정 유체의 굴절률이 얼마라는 수치는 미리 측정하여 준비한 데이터를 통하여 알 수 있을 뿐, 통상 교실에서나 실험실에서 이루어지는 빛의 굴절실험에서는 그 굴절각도를 정확하게 측정할 수가 없다는 단점이 있었다.

이에 본 고안은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하여, 학생들이 학교의 교실이나 실험실에서 빛의 굴절성과 유체의 종류에 따른 굴절률을 직접 측정 실험할 수 있게 하여 빛의 굴절성에 대한 이해를 더 높일 수 있게 한 빛의 굴절성 실험 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 고안은 지면에 안착지지되는 받침대, 상기 받침대의 중심에 설치되어 시험하고자 하는 유체를 저장할 수 있는 유체통, 상기 유체통의 바깥쪽에 배치되어 받침대에 대해 회전할 수 있게 설치된 회전판, 상기 회전판의 회전각도를 체크할 수 있게 회전각도 눈금이 새겨진 각도판, 상기 받침대에 고정설치되어 빛을 발사하는 발광부 및, 상기 회전판에 설치되어 발광부에서 비추어져 유체통의 유체를 거치면서 굴절된 다음 나오는 빛을 감지하는 수광부로 이루어진다.

그리고 상기 수광부에 빛이 접수되면 신호를 발생하게 하는 신호 발생기 및, 상기 발광부에 전류를 공급하고 수광부에 빛이 신호 발생기를 작동시키는 전자 제어기를 장착하여 사용할 수 있다.

이러한 구조로 이루어진 본 고안의 유체에 대한 빛의 굴절각 실험장치는 빛의 굴절률을 실험하기 위한 유체를 유체통에 부어 넣고 발광부에서 빛을 발사하면, 발광부의 불빛이 유체통의 유체를 통과한 다음 수광부로 전달되면 이를 감지하여 빛의 굴절각을 찾을 수 있는 것이다.

한편, 신호 감지기와 전자 제어기를 사용하면 발광부의 불빛이 유체통을 통과하면서 굴절되는 각도에 맞추어 수광부를 조절하고, 수광부의 위치가 빛의 굴절각도에 맞추어 정확하게 조절되면 자동적으로 신호가 발생되게 하여 해당 유체의 굴절각도를 정확하게 측정할 수 있는 것이다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 고안의 장치는 실험하고자 하는 유체를 담는 투명한 유체통을 중심에 두고, 상기 유체통의 한쪽에 고정 발광부가 설치되고, 다른 한쪽에는 발광부에서 비추어져 유체통의 유체를 관통하여 거쳐 나온 불빛을 접수하는 수광부가 설치되어 있으면서, 상기 수광부가 유체통을 중심으로 회전할 수 있게 설치된 구조로 되어 있기 때문에, 유체통의 유체를 거쳐 나오는 불빛의 각도에 맞추어 수광부의 위치를 조절함으로써, 측정하고자 하는 유체의 정확한 굴절각를 판단할 수가 있는 것이다.

또한, 본 고안에 따른 장치는 상기 수광부가 회전판에 설치되어 있으면서, 수광부에 정확하게 불빛이 접수되면 신호를 발생하게 되어 있기 때문에, 회전판을 천천히 회전시키면 해당 유체의 굴절률에 맞추어 정확한 굴절각도를 간편하게 찾아낼 수가 있는 것이다.

따라서, 본 고안에 따른 장치를 사용함으로써, 불빛이 유체를 통과할 때 굴절된다는 것을 직접 체험하여 알 수가 있을 뿐만 아니라, 필요한 경우에는 여러 가지 유체의 굴절률을 측정하는 측정장치로도 사용할 수 있는 것이다.

이하 본 고안을 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

도면 1은 본 고안에 따른 실험장치의 개략적 사시도이며, 도면 2는 본 고안에 따른 실험장치의 개략적 측면도, 도면 3은 본 고안에 따른 실험장치의 평면도, 도면 4는 본 고안에 따른 장치를 구성하는 발광부와 수광부의 배선 연결도이다.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 고안에 따른 장치는 지면에 안착 지지되는 받침대(10)와, 상기 받침대(10)의 중심에 설치되어 시험하고자 하는 유체(21)를 저장할 수 있는 유체통(20), 상기 유체통(20)의 바깥쪽에 배치되어 받침대(10)에 대해 회전할 수 있게 설치된 회전판(30), 상기 회전판(30)의 회전각도를 체크할 수 있게 회전각도 눈금이 새겨진 각도판(40), 상기 받침대(10)에 고정설치되어 빛을 발사하는 발광부(50) 및, 상기 회전판(30)에 설치되어 발광부(50)에서 비추어져 유체통(20)의 유체(21)를 거쳐 나오는 빛을 접수하는 수광부(60)를 포함하여 이루어진다.

또한, 본 고안에 따른 장치는 상기 수광부(60)에 빛이 접수되면 신호를 발생하게 하는 신호 발생기(70) 및, 상기 발광부(50)에 전류를 공급하고 수광부(60) 및 신호 발생기(70)를 제어하는 전자 제어기(80)로 추가로 설치하여 사용하면 더 편리하게 사용할 수가 있다.

여기서 상기 받침대(10)는 전체의 기기를 지지하는 지지대의 역할을 하는 것으로서, 가능한 간편하게 이동시킬 수 있으면 어떠한 구조로 하여도 상관이 없다.

이러한 받침대(10)의 한쪽 측방에 발광부(50)가 설치되어 있고, 이 발광부(50)는 전류가 공급되면 빛을 발생하여 중앙에 설치된 유체통(20) 쪽으로 빛을 비추어 주게 한다.

상기 받침대(10)의 중앙에 설치되는 유체통(20)은 투명한 재질로 만들어져 상기 발광구(50)에서 비추어지는 불빛이 가능한 손실 없이 통과할 수 있게 한다.

상기 회전판(30)은 받침대(10)에 대해 회전할 수 있게 설치되는데, 예컨대 도면 2에 도시한 바와 같이 받침대(10)와 회전판(30) 사이에 베어링(31)을 설치하여 실험자가 손으로 회전판(30)을 잡고 회전시키면 자유롭게 회전할 수 있게 한다.

그리고, 상기 회전판(30)에는 수광부(60)가 돌출 설치되어, 상기 회전판(30)을 회전시킴에 따라 수광부(60)가 함께 회전하게 되어 있다.

또한, 상기 유체통(20)의 반경 방향 바깥쪽에는 각도판(40)이 설치되어 있는데, 이 각도판(40)에는 각도 눈금이 새겨져 있다. 필요하다면 상기 각도판(40)도 회전할 수 있게 설치할 수가 있으며, 도면에서 상기 각도판(40)의 위치를 회전판(30)과 유체통(20) 사이에 위치하게 도시하였지만, 반드시 각도판(40)을 회전판(30)과 유체통(20) 사이에 설치하여야 하는 것은 아니고, 각도판(40)을 회전판(30)의 바깥쪽에 설치할 수도 있다.

한편, 상기 각도판(40)에 새겨진 각도 눈금은 발광부(50)와 마주보는 대향 지점을 '0'도로 시작하여 좌측 또는 우측 방향으로 각도에 맞추어 표기하는 것이 판독하기에 용이하다.

상기 발광부(50)는 단지 전류가 공급되면 불빛을 발생하는 전구가 설치되면 되지만, 수광부(60)에는 불빛을 접수하면 전기적인 신호를 발생하는 수광센서(61)가 구비되어 있어야 한다.

상기 수광센서(61)는 수광부(60)에서 불빛이 접수되면 그에 따라 전기 신호를 발생하고, 이 전기신호는 제어기(80)로 전달되어 신호 발생기(70)를 작동시키게 되는데, 이 신호 발생기(70)는 소리를 발생하는 음향기기 또는 불빛을 발생하는 램 프 등으로 이루어져 청각적 또는 시각적으로 인식하게 한다.

이러한 구조로 이루어진 본 고안의 장치는 유체통(20)속에 유체를 넣고 제어기(80)를 제어하여 발광부(50)에 전류를 인가하면, 발광부(50)의 전지에서 불빛이 발생되어 유체통(20)으로 비추어지게 되고, 유체통(20)에 비추어진 불빛은 투명한 유체통(20)의 벽과 유체(21)를 통과하여 반대편으로 나가게 된다.

이때 발광부(50)의 불빛(51)이 도면 3에서 점선으로 도시한 바와 같이 공기와 밀도가 다른 유체(21) 속을 진입할 때와 유체(21)에서 나올 때 소정의 각도로 굴절된 다음 나오게 되는데, 이렇게 유체(21)를 거쳐 나오는 불빛(51)이 어느 방향으로 나오는지 유체에 따라 정확하게 알 수가 없는 경우에 있는데, 이러한 경우에는 상기 회전판(30)을 천천히 돌려줌에 따라 유체통(20)을 거치면서 굴절된 불빛(51)이 상기 회전판(30)에 설치된 수광부(60)에 정확하게 맞추어지는 지점에 이르러게 되면, 수광부(60)의 수광센서(61))와 연결된 신호 발생기(70)에서 시각적 또는 청각적 신호가 발생하게 된다.

따라서, 이 신호 발생기(70)에서 회전판(30)의 회전을 멈추고, 수광부(60)가 위치한 지점을 각도판(40)의 각도를 읽으면 유체통(20)에 담긴 유체(21)의 굴절각을 알 수 있게 되고, 이러한 실험을 통하여 빛이 물이나 기름 등과 같이 공기와 밀도가 다른 유체를 통과할 때 직진하지 않고 굴절하게 된다는 사실을 몸으로 깨달을 수 있는 것이다.

이러한 본 고안의 장치를 사용하여 빛의 굴절성을 시험할 수 있을 뿐만 아니라, 다른 유체의 굴절률을 측정할 수도 있으며, 이러한 장치를 응용함으로써 액체 를 이용한 스위치의 온/오프 제어 등에도 이용할 수 있게 된다.

도 1은 본 고안에 따른 실험장치의 개략적 사시도,

도 2는 본 고안에 따른 실험장치의 정면도,

도 3은 본 고안에 따른 장치의 평면도,

도 4는 본 고안에 따른 장치의 제어기에 대한 개략적 구성도이다.

* 도면의 주요 부호에 대한 설명*

10 - 받침대 20 - 유체통

30 - 회전판 40 - 각도판

50 - 발광부 60 - 수광부

70 - 신호 발생기 80 - 전자 제어기

Claims (2)

1. 삭제
2. 지면에 안착지지되는 받침대(10), 상기 받침대(10)의 중심에 설치되어 시험하고자 하는 유체를 저장할 수 있는 유체통(20), 상기 유체통(20)의 바깥쪽에 배치되어 받침대(10)에 대해 회전할 수 있게 설치된 회전판(30), 상기 회전판(30)의 회전각도를 체크할 수 있게 회전각도 눈금이 새겨진 각도판(40), 상기 받침대(10)에 고정설치되어 빛을 발사하는 발광부(50) 및, 상기 회전판(30)에 설치되어 발광부(50)에서 비추어져 유체통(20)의 유체를 거치면서 굴절된 다음 나오는 빛을 감지하는 수광부(60)를 포함하여 이루어지며,

   상기 수광부(60)에 빛이 접수되면 신호를 발생하게 하는 신호 발생기(70) 및, 상기 발광부(50)에 전류를 공급하고 수광부(60)에 접수된 빛이 신호 발생기(70)를 작동시키는 전자 제어기(80)를 포함하고,

   상기 유체통(20)은 상기 발광부(50)에서 비추어지는 불빛이 손실없이 통과할 수 있도록 투명한 재질로 만들어지며,

   상기 회전판(30)은 상기 받침대(10)에 대해 회전할 수 있게 상기 받침대(10)와 상기 회전판(30) 사이에 베어링(31)이 설치되어 있고,

   상기 수광부(60)는 회전판(30)에 돌출 설치되어 상기 회전판(30)을 회전시킴에 따라 상기 수광부(60)가 함께 회전하는 구조이며,

   상기 수광부(60)에는 불빛을 접수하면 전기적인 신호를 발생하는 수광센서(61)가 구비되고,

   상기 신호 발생기(70)는 소리를 발생하는 음향기기 또는 불빛을 발생하는 램프로 이루어진 것을 특징으로 하는 유체에 대한 빛의 굴절각 실험장치

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