KR200450894Y1 - 고체의 굴절률 측정장치 - Google Patents

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Abstract

본 고안은 평판 고체 물질의 굴절률을 소형 레이저포인터의 빛으로 측정할 수 있도록 고안한 고체 굴절률 측정장치에 관한 것으로, 중·고등학교 실험실에서 고체의 굴절률을 정밀 측정할 수 있는 간단하고 저렴한 실험 장치를 개발 보급하여 각 급 학교에서 실험수업에 활용할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 바닥부 (1)위에 두 개의 시료고정용 막대(4)와 눈금자가 표시된 원형 투명판(2) 그리고 소형 레이저포인터(5)를 착설하였다. 바닥부(1)에 기준선X축과 Y축(법선)을 긋고 2개의 시료고정용 막대(4)는 평판시료(3)를 [도 1]과 같이 놓았을 때 평판시료(3)의 한 면이 X축과 나란히 접할 수 있도록 설치하였다. 평판 시료가 없는 상태에서 레이저광선은 중심점 O의 수직선을 통과한 후 직진하여 눈금자가 표시된 원형 투명판(2)의 내벽에 조사된다. 평판시료를 [도 1]과 같이 시료고정용 막대(4)에 접촉시키면 레이저광선이 굴절하여 진로를 바꾸게 된다. 고체 시료를 비스듬히 통과한 빛이 고체 시료가 없었을 때의 빛과 나란히 진행하는 성질을 이용하여 굴절각을 구할 수 있도록 고안한 것을 특징으로 하며, 간단한 장치로 고체의 굴절률을 정밀 측정할 수 있고, 저렴한 가격에 제작 보급할 수 있어 학생들의 이해 증진에 기여할 수 있다.
굴절률 측정장치

Description

고체의 굴절률 측정장치{Refractive index measuring equipment of solid}
본 고안은 소형 레이저포인터의 빛으로 고체의 굴절률을 측정할 수 있도록 고안한 고체 굴절률 측정장치이다.
종래에는 분광기나 강력한 레이저광선을 사용하여 산란광의 전반사 현상을 이용한 장치 등 고가 제품이나, 과학실험도해대사전. 1988.11.3. 160쪽에 소개한 것과 같은 장치를 사용하였다.
[문헌1] 과학실험도해대사전. 1988.11.3 160쪽.
종래의 고체 굴절률 측정장치는 분광기나 강력한 레이저광선을 사용하여 산란광의 전반사 현상을 이용한 장치 등 고가 제품이거나 과학실험도해대사전. 1988.11.3. 160쪽에 소개한 것과 같은 장치로 실험 과정이 복잡하고 실험 오차가 큰 문제점이 있었다. 이 같은 문제점을 해결하기 위하여 고체의 굴절률을 정밀 측정할 수 있고, 저렴한 가격에 제작 보급할 수 있는 장치를 개발하고자 한다.
본 고안은 소형 레이저포인터의 빛으로도 가능하며, 장치가 간단하여 저렴한 가격에 제작 공급할 수 있다. [도 1]은 고체 굴절률 측정장치의 평면도이고 [도 2]는 사시도이다. 눈금자가 표시된 원형 투명판(2)과 두 개의 시료 고정용 막대(4)는 바닥부(1)에 고정되어 있다.
△ODH와 △OGC는 닮은꼴이다. 따라서 ∠OCG = θ = 90°- i 이고, ∠CAB = 90°- θ 이므로 ∠CAB는 입사각 i와 같다. △ABC도 △ODH와 닮은꼴이고 변 AB가 S이므로 변 BC를 알 수 있다.
∴변 BC는
Figure 112008041657072-utm00001
이다.
△ODH와 △OGC에서 R : OC = OD : d 이므로 변 OC는
Figure 112008041657072-utm00002
이고, 변 OB는 OC-BC 이므로
Figure 112008041657072-utm00003
이다. 또 △ABO가 직각삼각형이므로
Figure 112008041657072-utm00004
에서 ∠AOB를 알 수 있다.
굴절각은 r = i - ∠AOB이므로 ∠AOB를 알면 굴절각을 알 수 있다. 따라서 평판시료의 두께 d, 광로차 S만 측정하면 시료의 굴절률을 구할 수 있다.
즉, OD = R × Cos i, HD = R ×Sin i 이므로 OB=(d - S × Sin i)/Cos i 이다. 따라서 tan∠AOB는
Figure 112008041657072-utm00005
이 된다.
∠AOB를 알면 r = i - ∠AOB에서 굴절각을 알 수 있으므로 굴절의 법칙
Figure 112008041657072-utm00006
에 의하여 굴절률을 구할 수 있다.
본 고안은 간단한 장치로 고체의 굴절률을 정밀하게 측정할 수 있도록 고안한 실험기구에 관한 것이며, 장치가 간단하므로 저렴한 가격에 각급 학교에 보급할 수 있어 학생들의 이해 증진에 기여할 수 있다.
본 고안을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
[도 1] 내지 [도 3]에 도시된 바와 같이 본 고안은 바닥부(1) 위에 시료고정용 막대(4)와 눈금자가 표시된 원형 투명판(2) 그리고 소형 레이저포인터(5)를 설치하였다. 바닥부(1)에 기준선 x축과 y축(법선)을 긋고 2개의 시료고정용 막대(4)는 평판시료(3)를 [도 1]과 같이 놓았을 때 평판시료(3)의 한 면이 x축과 나란히 접할 수 있도록 설치하였다.
평판시료가 없는 상태에서 레이저광선은 중심점 O의 수직선을 통과한 후 직진하여 눈금자가 표시된 원형 투명판(2)의 내벽에 조사된다. 눈금자에 레이저광선이 조사되면 광선이 닿는 점의 눈금을 확인한다. 평판시료를 [도 1]과 같이 시료고정용 막대(4)에 접촉시키면 레이저광선이 시료에 의하여 굴절되어 진로를 바꾼다. 이 때 눈금자가 표시된 투명판에 광선이 조사되는 점의 이동 거리(S)를 측정하고 또 평판시료의 두께(d)를 측정한다.
굴절각과 굴절률은 이동 거리(S)와 평판시료의 두께(d)를 이용하여 공식
Figure 112008041657072-utm00007
와 r = i - ∠AOB 그리고 굴절의 법칙
Figure 112008041657072-utm00008
로 계산된다.
[도 1]은 본 고안에 의한 고체 굴절률 측정장치의 평면도.
[도 2]는 본 고안에 의한 고체 굴절률 측정장치의 사시도.
[도 3]은 눈금자가 표시된 원형 판(2) 대신 평판을 사용할 때의 평편도.

Claims (2)

  1. 직교 좌표로 기준선(X, Y)이 표시된 바닥부(1) 위에 눈금자가 표시된 원형 투명판(2), 막대의 한쪽 평면이 X축과 접하게 2개의 시료고정용 막대(4)를 설치하였고, 소형 레이저포인터(5)는 광선의 입사각을 임의의 각도로 조절할 수 있도록 하였으며, 고체 시료를 통과하여 다시 공기 속으로 굴절되어 나온 광선과 고체 시료가 없을 때 직진한 광선이 서로 나란한 성질을 이용하여 고체 시료의 굴절률을 측정할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 고체 굴절률 측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 레이저광선의 입사각이 45°가 되도록 소형 레이저포인터(5)를 설치하고, 눈금자가 표시된 원형 판(2) 대신 눈금자가 표시된 투명 평판(2)을 평판 시료가 없을 때 바닥부(1)의 중심점 O의 수직선을 지나 직진하는 레이저광선에 수직이 되도록 설치한 것을 특징으로 하는 고체 굴절률 측정장치.
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