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- 이동거리와 변위 -
이동거리 : 물체가 실제로 이동한 거리
변위 : 물체의 위치의 변화량
예를 들어, 오른쪽으로 10m 갔다가 왼쪽으로 5m 돌아오면
이동거리는 10m+5m = 15m
변위는 위치의 변화량인 오른쪽방향 5m
이동거리는 크기만 갖는 물리량이고
변위는 크기와 방향을 갖는 물리량이다.
- 속력, 속도, 가속도 -
속력 : 이동거리를 운동 시간으로 나눈 것
속도 : 변위를 운동 시간으로 나눈 것
속력은 크기만 갖는 물리량이고
속도는 크기와 방향을 갖는 물리량이다.
즉 속도의 크기 = 속력
- 평균 속력, 평균 속도 -
예를 들어, 부메랑을 던졌더니
4초동안 일정한 속력으로 12m 이동하고 제자리로 돌아왔다.
이때의 평균 속력은
총 이동 거리 / 총 운동 시간 = 12m / 4s = 3m/s
이때의 평균 속도는
총 변위 / 총 운동 시간 = 0m / 4s = 0m/s
가속도 : 속도의 변화량을 변화 시간으로 나눈 것
속도와 같이 방향을 갖는 물리량이다.
- 상대 속도 -
내가 본 쟤의 속도
A가 오른쪽방향 5m/s , B가 왼쪽방향 3m/s로 운동하고 있다면
A가 보기에 B는 왼쪽방향 8m/s로 자신에게 다가오고 있다.
즉 A가 본 B의 속도 = B의 속도 - A의 속도
- 등속운동 -
말 그대로 속력이 일정한 운동
직선운동 했다면
운동방향이 바뀌지 않았다는 것이므로
가속도는 0이다.
그 외에 방향이 바뀌는데 속력이 일정한 운동으로는
등속 원운동 이 있다.
등속 직선운동했다 하고 속력을 v라 하면
이동거리 = s = vt
그리고 방향이 변하지 않은 운동이므로 이동거리 = 변위이다.
- 등가속도 운동 -
말 그대로 가속도가 일정한 운동
가속도는 방향을 갖기 때문에 방향까지 같아야한다.
자유낙하하는 물체가 그 예이다.
주의할 것은, 원운동은 가속도의 방향이 계속 바뀌기 때문에
등가속도 운동이 아니다.
v_0 = 초기속도
s = 변위
- 등가속도운동에서의 평균속도 -
t초 동안 등가속도 운동한 물체가 있다고 해보자.
초기 속도를 v_0라 하고 나중 속도를 v라 하면
결국 평균 속도 ( v+v_0 ) / 2 로 t초 동안 운동한 것과 같다.
즉 s = { ( v+v_0 ) / 2 } × t 이다.
- 힘 -
물체의 운동 상태나 모양을 변화시키는 원인
알짜힘 또는 합력은
물체에 작용하고 있는 모든 힘들의 벡터를 합하여 계산한 것이다.
이렇게 계산된 알짜힘은 실제 물체에 작용되는 힘의 크기와 방향을 나타낸다.
알짜힘 = 합력 = 힘의 벡터합
- 뉴턴 운동 법칙 -
- 제1법칙 : 관성 법칙 -
물체에 작용하는 알짜힘(합력)이 0이면
정지해 있던 물체는 계속 정지해있고
운동하던 물체는 속도 변화 없는 등속도운동을 한다.
- 제2법칙 : 가속도 법칙 -
물체의 가속도(a)는 물체에 작용하는 알짜힘의 크기(F)에 비례하고,
물체의 질량(m)에 반비례한다.
F : 물체에 작용하는 '알짜힘'
m : '운동하는 물체의 질량'
a : '운동하는 물체의 가속도'
- 제3법칙 : 작용 반작용 법칙 -
A가 B에게 힘을 작용하면
동시에 B도 A에게 같은 크기의 힘을 작용한다.
작용과 반작용은 모든 힘에 대해 성립하며, 물체의 운동 상태에 관계없이 항상 성립한다.
주의할 점은
힘의 평형과 작용반작용은 다르다.
물체 A가 책상에 가만히 올려져있다.
A는 힘의 평형을 이루고 있다. (o)
A가 책상을 미는 힘과 책상이 A를 떠받치는 힘은 힘의 평형 관계이다. (o)
지구가 A를 당기는 힘과 책상이 A를 떠받치는 힘은 힘의 평형 관계이다. (o)
A가 책상을 미는 힘과 책상이 A를 떠받치는 힘은 작용 반작용 관계이다. (o)
지구가 A를 당기는 힘과 책상이 A를 떠받치는 힘은 작용 반작용 관계이다. (x)
지구가 A를 당기는 힘과 A가 지구를 당기는 힘은 작용 반작용 관계이다. (o)
- 운동량 -
질량과 속도의 곱이다.
속도가 벡터기때문에 운동량도 벡터이고 방향을 갖는다.
- 충격량 -
힘이 가해진 시간동안 운동량의 변화
- 운동량 보존 법칙 -
충돌 전 운동량의 합 = 충돌 후 운동량의 합
예를 들어 A와 B가 충돌했다면
아래와 같은 수식을 세울 수 있다.
주의할 건
운동량이 보존된다고 운동에너지가 보존된다는 보장은 없다.
- 일 -
힘과 힘이 가해진 방향으로 움직인 거리를 곱한 물리량
힘을 가했는데 수직으로 움직이면 일이 0
힘을 가했는데 반대방향으로 움직이면 일이 음수가 된다.
- 운동 에너지 -
질량 m, 속력 v인 물체가 가지는 운동 에너지는 다음과 같다.
- 일 운동에너지 정리 -
알짜힘이 한 일은 운동에너지 변화량과 같다.
- 중력에 의한 퍼텐셜에너지 -
물체가 기준점을 기준으로
기준점과 다른 높이에 있을 때
물체가 가지는 에너지
기준점에서의 중력퍼텐셜에너지를 0이라 하면
기준점에서 h만큼 높이 있는 물체의 중력 퍼텐셜에너지는 다음과 같다.
- 탄성력에 의한 퍼텐셜에너지 -
용수철, 고무줄과 같이
탄성력을 가진 물체의 길이가 변할 때(처음 길이보다 늘어나거나 줄어들 때) 가지는 에너지
용수철이 가지는 퍼텐셜 에너지는
늘어나거나 줄어든 길이를 x라 하고
용수철상수를 k라 하면 다음과 같다.
- 역학적에너지 -
물체의 운동 에너지와 퍼텐셜 에너지의 합
- 역학적 에너지 보존 법칙 -
보존력만이 작용하는 한, 물체의 역학적 에너지는 보존된다.
운동 전 역학적 에너지 = 운동 후 역학적 에너지
예를 들어, 지면에 질량 m인 물체와 용수철이 수평하게 연결되어있는데
이걸 x만큼 당긴 뒤 놓았다고 해보자.
이때 물체의 최고 속력은?
우선 물체가 속력이 최고라는건
처음의 탄성 퍼텐셜에너지가 모두 물체의 운동에너지로 전환되었다는것이다.
이때의 역학적에너지 보존 식을 써보면
U = 탄성 퍼텐셜에너지
물론 용수철이 연직 방향으로 진동한다면
물체의 중력퍼텐셜에너지 변화도 있을테니 그것까지 계산해야한다.
- 주의 -
여기서 A의 역학적에너지나
B의 역학적에너지는 보존되지 않는다.
'장력' 이라는 비보존력이 있었기 때문이다.
하지만 A+실+B를 하나의 '계'로 본다면
A+실+B의 역학적에너지는 보존된다.
- 역학적에너지 변화량 -
역학적 에너지 변화량 = 비보존력이 한 일
- 압력 -
단위 면적당 가해지는 힘
즉 힘을 힘이 작용하는 면적으로 나눈 것
- 이상기체 -
분자간의 상호작용과 분자의 크기를 무시해버린게 이상기체이다.
실제 기체는 아니다.
- 이상 기체의 내부 에너지 -
기체 분자의 운동에너지의 총합
1. 내부 에너지(U)는 절대 온도(T)에 비례한다.
U ∝ T
2. 온도가 높을수록 기체 분자의 운동에너지가 증가하고
따라서 평균속력이 빨라진다.
U ∝ T ∝ v²
- 이상 기체 상태 방정식 -
이상 기체는 다음과 같은 공식이 성립한다.
P : 기체의 압력
V : 기체의 부피
n : 기체의 양(mole)
R : 기체 상수
T : 기체의 절대온도
- 열평형 -
온도가 다른 여러 물체를 접촉시켰더니
온도가 모두 같아져서 더이상 열의 흐름이 없는 상태
- 기체가 하는 일 -
기체의 압력이 일정할경우 기체가 한 일은
부피의 변화량이 음수일수도 있으므로 일이 음수일수도 있다.
이때는 기체가 외부로부터 일을 받았다고 표현한다.
- 열역학 제1법칙 -
기체에 가한 열의 양 = 내부에너지 증가량 + 기체가 한 일
등압과정 : 압력이 일정했다.
등온과정 : 온도가 일정했다.
즉 내부에너지 변화량이 0이다.
따라서 Q = W 이다.
등적과정 : 부피가 일정했다.
즉 기체가 한 일이 0이다.
따라서 Q = ΔU 이다.
단열과정 : 받은 열이 0이다.
즉 기체가 얻은 열량이 0이다.
따라서 0 = ΔU + W 이다.
- 열역학 제2법칙 -
열은 스스로 고온의 물체에서 저온의 물체로 이동하지만,
그 반대로는 스스로 이동하지 않는다.
즉 열 또는 에너지 이동에는 방향성이 있다.
계(system)는 자연스러운(확률이 큰) 방향으로 변하려 한다.
- 가역과정과 비가역과정 -
가역과정 : 스스로 원래 상태로 돌아갈 수 있는 과정
비가역과정 : 주변의 도움 없이 원래 상태로 돌아가지 못하는 과정
비가역 현상에는 '방향성'이 있다.
이는 비가역과정은 열역학 제2법칙이 성립한다는것을 보여준다.
- 엔트로피 -
고등학교 물리학I 에서는 엔트로피의 증가,감소만 판단하면 된다.
A상태로 가만히 놔두면 자연스럽게 B상태로 될거같다 싶으면
엔트로피가 증가했다고 하면 된다.
- 열기관 -
열기관 : 열에너지를 일로 바꾸는 장치
Q₁ = 기체가 얻은 열량
W = 기체가 외부에 한 일
Q₂ = 기체가 잃은 열량
Q₁ = W + Q₂ 이며
열효율은 다음과 같다.
Q₂>0 이기 때문에 무조건 e<1 이다.
기체가 A상태에서 시작하여
A→B→C→B→A 로 A로 다시 돌아오는 '순환과정' 일때는
최종 내부에너지 변화량 = 0 이다.
즉 내부에너지의 변화량의 합 = 0이다.
- 특수 상대성 이론 -
질량, 시간, 공간 모두 절대적이지 않고 상대적이다.
절대적인 기준은 진공에서의 빛의 속력이다.
즉 '진공에서의 빛의 속력'은 누가 어디서 어떻게 관찰하든 항상 같다.
- 동시성의 상대성 -
A와 B가 다른 관성계에 있다면
즉 A와 B 사이에 상대속도가 존재한다면
A가 관찰했을 때 동시에 일어난 두 사건 P, Q는
B가 관찰했을 때는 동시에 일어난게 아닐수도 있다.
두 사건이 '같은 장소'에서 동시에 일어났다면 그건 누가 보든 동시이다.
즉 이때는 동시성의 상대성이 일어나지 않는다.
두 사건이 다른 장소에서 일어났다면
그건 관찰자에따라 동시일수도 있고 아닐수도 있다.
- 시간 팽창 -
상대속도가 있으면 쟤가 나보다 시간이 느리게 간다.
관찰자에 대해 움직이는 관성계에서의 사건의 시간을 측정하면 고유 시간보다 길어진다.
어떤 두 사건 P, Q에 대해
A가 보기에 P, Q사건이 같은 장소에서 일어났다면
A가 잰게 고유시간이다.
- 길이 수축 -
움직이는 것의 길이를 측정하면 고유길이보다 짧게 나온다.
길이는 운동 방향으로만 수축된다.
재고자 하는 두 지점 사이의 길이는
두 지점에 대해 정지해 있는 관찰자가 잰게 고유길이이다.
예를 들어
가만히 있는 A와
우주선을 타고 운동하는 B가 있다고 해보자.
이때 우주선의 길이를 각각 측정한다 하면
B가 보기에 우주선은 안움직이니까 B가 잰게 고유길이이고
A가 잰게 수축길이이다.
- 질량의 상대성 -
물체의 속력이 증가하면 상대론적 질량도 증가한다.
즉 정지상태에서의 질량보다 커진다.
- 질량 에너지 동등성 -
질량과 에너지는 서로 전환될 수 있으며,
식은 다음과 같다.
- 원자핵의 표현 -
X = 원소기호( 예 : 수소(H) )
A = 질량수
Z = 양성자수(원자번호)
N = 중성자수
따라서 A = Z+N
- 핵반응 -
원자핵이 다른 원자핵이나 중성자 등과 충돌하여 다른 원자핵으로 변환되는 현상
핵반응 후 질량 결손이 일어난다.
핵반응 후 방출되는 '에너지' 가 그 증거이다. E=(Δm)c²
하지만 질량수는 보존된다.
전하량 보존의 법칙 : 핵반응 전 후 전하량 합과 핵반응 후 전하량 합이 같다.
핵분열 : 무거운 원자핵이 2개 이상의 가벼운 원자핵으로 쪼개지는 반응
핵융합 : 2개 이상의 가벼운 원자핵이 결합하여 무거운 원자핵이 되는 반응
핵반응 중에
질량수 4인 헬륨 원자가 방출됐으면 알파 붕괴
전자가 방출됐으면 베타 붕괴
- 전하 -
대전체가 띠고 있는 전기를 전하라고 하며,
전하의 량을 전하량이라고 한다.
전하량 보존 법칙 : 임의의 고립된 계 내의 모든 전하의 대수적인 합은 언제나 일정하다.
전하량이 각각 +2Q인 물체와 +4Q인 물체가 접촉하면 둘다 +3Q가 된다.
- 전기력 -
같은 종류의 전하 사이에는 미는 힘(척력)
다른 종류의 전하 사이에는 당기는 힘(인력)
작용-반작용 법칙에 의해 서로에게 가하는 힘은 같다.
- 쿨롱 법칙 -
전기력의 크기를 나타내는 것이 쿨롱 법칙이다.
1. 두 점전하 사이의 전기력은 각 전하량의 곱에 비례한다.
2. 두 점전하 사이의 전기력은 거리의 제곱에 반비례한다.
둘을 합친다음 비례 상수를 넣으면 등식으로 나타낼수 있다.
Q₁, Q₂가 전하량이랬지 전하량의 크기라고 안했으므로
F가 음수가 나올수도 있다.
점전하 A, B, C가 있다고 해보자.
A, B, C의 전기력의 합은 0이다.
예를 들어 B가 받는 전기력이 0이고
A가 받는 전기력이 -x방향 F면
C가 받는 전기력은 +x방향 F이다.
- 보어 원자 모형 -
따라서 전자가 존재할 수 있는 궤도는 불연속적이고
이 특정한 궤도를 '양자수'라고 하고 양자수는 자연수이다.
전자가 가지고 있는 에너지는 양자수에 따라 결정되며
양자수가 불연속적인 값이니
전자가 갖는 에너지도 불연속적인 값이다.
이를 양자화 되어있다고 한다.
전자가 양자수 n=1인 궤도에 있는걸 바닥상태
그 외는 들뜬상태라고 한다.
- 에너지 준위 -
전자가 갖는 에너지
양자수의 제곱에 반비례하고 항상 음수이다.
1. 전자는 에너지를 방출하여 에너지 준위가 낮은 곳으로 전이한다.
2. 전자는 에너지를 흡수하여 에너지 준위가 높은 곳으로 전이한다.
3. n=3인 전자를 n=2인 궤도로 전이시키고 싶다면
n=3에서의 에너지와 n=2에서의 에너지의 차이 만큼의 에너지를
방출시켜야 한다.
전자가 전이할때 방출하거나 흡수하는 전자기파(빛)의 에너지는 진동수에 비례하고 파장에 반비례한다.
에너지 준위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 전이할 때
n=1로 전이하면 자외선을 내는 라이먼 계열
n=2로 전이하면 가시광선을 내는 발머 계열
n=3으로 전이하면 적외선을 내는 파셴 계열이다.
- 선 스펙트럼, 흡수 스펙트럼 문제 풀이법 -
1. 기체 원자의 에너지 준위는 불연속적인걸 알 수 있다.
2. 파장이 길수록 진동수가 작은 빛이다.
3. 진동수가 작다 = 빛의 에너지가 작다 = 에너지 준위 변화량이 작다
- 고체의 에너지 준위 -
미세하게 나누어진 에너지 준위들이
무수히 모여서 거의 연속적인 띠를 이루는데 이를 에너지띠 라고 한다.
고체에서의 에너지 준위 = 에너지띠
전자들이 존재할 수 있는 에너지띠를 허용된 띠 라고 한다.
띠틈 : 허용된 띠 사이의 간격. 전자는 띠틈에 존재할 수 없다.
- 전도 띠와 원자가 띠 -
원자가띠의 전자가 전도띠로 전이하기 위해서는
띠틈 이상의 에너지를 주어야한다.
이때 전도띠와 원자가띠가 거의 붙어있으면 도체
조금 떨어져있으면 반도체
많이 떨어져있으면 절연체이다.
전자의 전이 = 전기의 흐름 이므로
전기 전도성은 도체>반도체>절연체 이다.
- 양공 -
전자가 채워져 있어야 할 자리인데
전자가 전이하면서 이 자리가 빈다.
이 빈 자리를 양공이라 한다.
(+)전하라 생각하면 된다.
- 반도체 -
반도체에 불순물을 첨가하면 전기 전도성이 좋아진다. 이를 도핑이라 한다.
순수한 반도체는 원자가 전자가 4개이다.
n형 반도체 : 순수한 반도체에 원자가 전자가 5개인 원소를 도핑하여 만든것
여기서는 전자가 1개 남는거니 주로 전자가 전하를 운반한다.
p형 반도체 : 순수한 반도체에 원자가 전자가 3개인 원소를 도핑하여 만든것
여기서는 양공이 1개 남는거니 주로 양공이 전하를 운반한다.
- 다이오드 -
p형 반도체와 n형 반도체를 붙여 만든 전기 소자
예로는 LED가 있다.
p-n 다이오드와 전지를 순방향 연결하면
양공과 전자는 각각 전기력을 받아서
p-n 접합면 쪽으로 이동하게 되고
결국 양공과 전자가 결합하며
전류가 흐르게 되고
전자가 전이했으므로
띠틈 만큼의 빛을 방출한다.
p-n 다이오드와 전지를 순방향 연결하면
양공과 전자는 각각 전기력을 받아서
p-n 접합면에서 멀어지는 쪽으로 이동하게 되고
결국 양공과 전자가 결합하지 못하며
전류가 흐르지 못하게 되고
전자가 전이하지 못했으므로
빛을 방출하지 않는다.
즉 연결 방향에 따라 전류가 흐르게 할수도 있고 흐르지 않게 할수도 있다.
이는 다이오드가 정류 작용을 함을 의미한다.
- 자기장 -
자기력이 작용하는 공간을 자기장이라 한다.
자기장의 방향은 N극에서 나오는 방향이다.
자기력선 : 자기장을 시각적으로 표현한 선
자속(자기력선속) : 자기장에 수직한 면을 지나는 자기력선의 총 수
자기장의 세기 : 단위 면적당 자속
자기장에 수직한 면적 S를 지나는 자속을 Φ라고 하면
자기장의 세기 B는
- 자기력선의 특징 -
1. 자석 외부에서는 N극에서 나와 S극으로 들어간다. (자석 내부에선 S극→N극이다.)
2. 도중에 끊어지거나 교차하지 않는다.
3. 저기력선상의 한 점에 접하는 접선 방향이 그 점에서의 자기장의 방향이다.
수학을 좀 했다면 미분계수를 정의할때 순간변화율을 떠올리면 이해가 쉽다.
4. 자기력선의 간격이 좁을수록 자기장이 세다.
자기력선의 간격이 좁다 = 단위 면적당 자속이 크다.
- 직선 전류에 의한 자기장 -
오른손의 엄지손가락으로 전류의 방향을 가리키게 하면서
나머지 네 손가락으로 도선을 감아쥐면
네 손가락이 돌아가는 방향이 자기장의 방향이다.
자기장의 세기는 다음과 같다.
- 원형 전류에 의한 자기장 -
원형 도선에 흐르는 전류의 방향에 맞게
엄지손가락말고 나머지 네 손가락의 방향을 맞춰보자.
그때 엄지손가락이 가리키는 방향이 도선 중심에서의 자기장이다.
k'>k 이다.
- 솔레노이드에 의한 자기장 -
솔레노이드 내부에는 균일한 자기장이 생긴다.
자기장의 세기는
- 자성의 원인 -
전자의 운동 = 전기의 흐름 → 자기장 발생
강자성의 특징
1. 외부 자기장의 방향으로 자기화된다.
2. 외부 자기장을 제거해도 자화된 상태를 유지한다.
상자성의 특징
1. 외부 자기장의 방향으로 약하게 자기화된다.
열운동에 의해 원자 자석의 정렬이 방해를 받았기 때문이다.
2. 외부 자기장을 제거하면 자성이 사라진다.
반자성의 특징
1. 외부 자기장의 반대방향으로 자기화된다.
2. 외부 자기장을 제거하면 자성이 사라진다.
- 마이스너 효과 -
물체의 온도를 임계온도보다 낮추면 초전도체가 되는데
초전도체는 강한 반자성의 효과로
외부 자기장과 반대방향의 자기장이 형성되어
자석을 '강하게' 밀어낸다.
즉 공중에 떠 있을 수 있다.
자기 부상 열차에 이용된다.
- 전자기 유도 -
자기장이 변하는 공간에서 기전력이 발생하는 현상
- 렌츠 법칙 -
자석이 다가오려 하면 다가오지 말라고 하고
가려하면 가지 말라고 한다.
N극이 다가오면
오지 말라고 위쪽이 N극으로 자기화되고
N극이 멀어지면
가지 말라고 위쪽이 S극으로 자기화되고
S극이 다가오면
오지 말라고 위쪽이 S극으로 자기화되고
S극이 멀어지면
가지 말라고 위쪽이 N극으로 자기화된다.
- 패러데이 전자기 유도 법칙 -
- 파동 -
마루 : 파동의 가장 높은 부분
골 : 파동의 가장 낮은 부분
파장 : 이웃한 마루와 마루 사이의 거리 또는 이웃한 골과 골 사이의 거리
진폭 : 진동 중심에서 마루까지의 거리 또는 진동 중심에서 골까지의 거리
주기 : 매질의 한 점이 1회 진동하는데 걸리는 시간
진동수 : 매질이 1초동안 진동한 횟수. 주기의 역수이다. 즉 f = 1/T이다.
파동의 전파 속력은 v = fλ = λ/T
전자기파 : 매질이 없어도 전파되는 파동
예) 빛, 전파, 마이크로파 등
횡파 : 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 수직인 파동
예로는 전자기파, 물결파
종파 : 파동의 진행 방향과 매질의 진동 방향이 나란한 파동
예로는 음파(소리)
음파의 속력은 고체>액체>기체
하지만 빛의 속력은 반대로 기체>액체>고체
- 굴절 -
두 매질 사이의 속력 차이때문에 진행 방향이 꺾이는 현상
속력이 느린 방향으로 꺾인다.
굴절이 일어나도 진동수는 변하지 않는다.
굴절률 : 투명한 매질로 빛이 진행할 때, 광속이 줄어드는 비율
'빛이 꺾이는 정도'로 알면 된다.
진공에서의 굴절률은 1이고
나머지 모든 물질의 굴절률은 1보다 크다.
빛의 파장이 짧을수록 굴절률이 더 크다.
- 전반사 -
빛이 매질의 경계면에서 전부 반사되는 현상
'반사' 이므로 입사각과 반사각이 같다.
1. 빛이 굴절률이 큰 매질에서 작은 매질로 진행해야 한다.
2. 입사각이 임계각보다 커야 한다.
임계각 : 굴절각이 90°일 때의 입사각
- 광통신 -
빛은 계속 전반사하기 때문에 광섬유 밖으로 나가지 못한다.
광섬유 : 전반사 현상을 이용하여 빛을 멀리까지 전송시키는
유리 또는 플라스틱 재질의 관
이때 빛이 지나가는 길이 코어 이고
빛을 전반사시키는 곳이 클래딩 이다.
두 물질로 광섬유를 만들고 싶다면
굴절률이 큰걸 코어로
굴절률이 작은걸 클래딩으로 만들어야 한다.
- 전자기파 -
전기장과 자기장이 시간에 따라 진동하면서 공간을 퍼져 나가는 파동
1. 전기장과 자기장의 진동 방향이 수직이고
진동 방향과 파동의 진행 방향도 수직이다.
즉 전기장, 자기장, 진행방향 모두 서로 수직인 관계이다.
2. 전자기파는 매질이 없어도 진행하며, 빛은 전자기파다.
3. 전자기파의 진공에서의 속력은 항상 일정하다.
빛은 전자기파고 빛의 진공에서의 속력은 일정하니까
진공에서의 전자기파의 속력도 일정한것이다.
4. 전자기파의 속력이 일정하므로
v = fλ에 의해
파장과 진동수는 반비례 관계이다. ( f ∝ 1/λ )
5. E = hf에 의해
전자기파의 에너지는 진동수에 비례한다. ( E ∝ f )
감마선 : 가장 파장 짧고 진동수 큰 전자기파
암 치료에 이용됨
X선 : 물질의 구조 분석, 공항의 수하물 검사에 사용
자외선 : 화학 작용이 강하고 살균 작용을 함
식기 세척기, 집적 회로 제조 등에 사용된다.
가시광선 : 사람의 눈으로 감지할 수 있는 전자기파
빨간색 빛의 파장이 가장 길고, 보라색 빛의 파장이 가장 짧다.
적외선 : 강한 열작용을 하여 열선이라고도 하고, 복사의 형태로 진행된다.
적외선 온도계, 카메라, 야간 투시경, 리모컨 등에 사용된다.
마이크로파 : 기상 관측용 레이더, 위성 통신, 전자레인지 등에 사용된다.
전파(라디오파) : 가장 파장 길고 진동수 작은 전자기파
회절이 잘 되어 장애물 뒤쪽까지 도달한다.
TV, 라디오 방송, 레이더 등에 사용된다.
- 파동의 중첩 -
두 개의 파동이 만나 파동의 모양이나 변위가 바뀌는 현상
둘 이상의 파동이 만나면
합성파의 변위는 각 파동의 변위의 합과 같다.
- 파동의 간섭 -
두 파동이 중첩되어 진폭이 변화하는 현상.
보강 간섭 : 동일한 위상이 서로 만나 합성파의 진폭(세기)이 커진다.
경로차가 0, λ, 2λ, 3λ, ... (파장의 정수 배) 일때 보강간섭이 일어난다.
상쇄 간섭 : 반대 위상이 만나 합성파의 진폭(세기)이 작아진다.
경로차가 λ/2, 3λ/2, 5λ/2, ... 일때 상쇄간섭이 일어난다.
- 광전 효과 -
'빛의 입자성'을 입증하는 현상이다.
즉 빛은 파동성과 입자성을 동시에 갖고 있고
이를 빛의 이중성이라 한다.
금속 표면에 빛을 비출때
빛의 진동수가 문턱 진동수(한계 진동수라고도 한다)보다 작으면
빛의 세기와 관계 없이 '절대로' 광전자가 방출되지 않는다.
광전자의 최대 운동에너지는 빛의 세기와 관계 없고 빛의 진동수에 비례한다.
비추는 빛의 진동수가 문턱 진동수보다 크면 즉시 광전자가 방출되며,
방출되는 광전자의 수는 빛의 세기에 비례한다.
광전자라는건 그냥 전자라고 보면 된다.
광자 한 개의 에너지는 플랑크 상수(h)에 빛의 진동수(f)를 곱한 값이다.
광전자를 방출하려면 문턱 진동수 f0_ 이상의 빛을 비춰야 하며,
이때 금속으로부터 전자를 방출시키기 위한 최소한의 에너지를 일함수라고 한다.
광전자의 최대 운동 에너지 Ek_는 다음과 같다.
- 정지전압 -
광전자가 오른쪽 금속판에 '닿기 직전'에 속도를 완전히 잃어서
건너가지 못할정도만큼의 전기력을 만들기 위한
역방향 전압의 크기를 '정지전압'이라 한다.
임계값이라 보면 된다.
정지전압보다 크기가 큰 역방향 전압이면
전기력이 커지니까 오른쪽 금속판에 도달하지 못하고
전류가 흐르지 못한다.
정지전압보다 크기가 작은 역방향 전압이면
정지전압일때의 전기력이
딱 전자가 오른쪽 금속판에 도달하기 직전에 멈추게 할 정도의 전기력인데
이것보다 작으므로 전자가 오른쪽 금속판에 도달할 수 있고
이때는 전류가 흐른다.
- 광전효과의 활용 -
1. 전하 결합 소자(CCD)
영상 정보를 기록하는 소자
광 다이오드로 구성된 전하 결합 소자에 빛을 비추면
광전 효과에 의해 전류가 흐르게 된다.
2. 태양 전지
- 물질파 -
물질도 빛과 마찬가지로
입자성과 파동성을 모두 갖는다.
입자성과 파동성은 동시에 나타나지 않는다.
일상생활에서는 물질파를 관찰하기 어렵다.
전자와 같이 크기가 매우 작은 세계
즉 미시세계 에서는 물질파를 관찰할 수 있다.
물질인 입자가 파동성을 가질 때의 파동을
물질파 또는 드브로이파 라고 한다.
파장은 다음과 같다.
주의할건 여기서 v = fλ 가 끼어들면 안된다.
물질파의 진행 속도와 물질의 속도는 같지 않다.
- 전자 현미경 -
빛 대신 진공상태에서 전자의 움직임을 파악하여 시료를 관찰하는 현미경
광학 현미경보다 분해능이 높다.
자기 렌즈에서의 자기장을 이용하여 전자의 운동 방향을 바꿔 초점을 맞춘다.
- 분해능 -
서로 떨어져 있는 두 물체를 구별할 수 있는 능력.
분해능이 높을수록 아주 가까운 두 물체를
서로 다른 물체로 구별할 수 있다.
λ = p/mv 이므로
전자의 속력이 클수록 파장이 짧아지고
파장이 짧아지면 분해능이 높아진다.
끝