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[자연과학][물리실험보고서] 광학활성[Optical Activity] DownLoad

첨부파일 : 자연과학 물리실험보고서 광학활성 Optical Activity (2).hwp
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[자연과학][물리실험보고서] 광학활성[Optical Activity]



광학활성(Optical Activity)

1. 실험목적

편광된 빛이 설탕용액을 통과함에 따라 편광면이 회전하게되는 광학활성을 실험적으로 확인하고 , 좌선성, 우선성, 여부와 선광률을 측정한다.

2. 실험원리

1811년 프랑스의 Diminique
F. J. Arago는, 선편광된 빛이 수정의 광축을 따라 진행함에 따라 그 편광면이 회전함을 관측하였고, 비슷한 시기에 Jean Baptiste Biot,는 액체 또는 기체 상태의 테레빈유(Turpentine, )에서도 비슷한 현상이 일어남을 관찰하였다.
이와 같이 어떤 종류의 물질들은 그 물질을 투과하는 빛의 편광면을 회전시키는데 이러한 성질을 광학활성(optical activity)이라 한다.
선편광된 빛은 같은 진폭을 갖는 좌향 원평광과 우향 원평광의 중첩으로 나타낼 수 있다.
Fresnel은 광학활성 매질이 좌향원편광과 우향 원편광에 대하여 각기 다른 굴절율을 가진다고 가정함으로써 편광면의 회전을 설명할 수 있었고 이 때문에 광학활성을 원형 복굴절(circular birefringence)이라고도 한다.

전기장 E는 진동수 ω를 가지고 +X방향으로 진행하며 편광의 방향은 Y방향이며 다음과 같이 표현된다.(그림 1)

(1a)

where

(1b)

그림
1. 선편광된 sodium-D 빛이 설탕수을 통과하면서 편광각이 변한다.

그리고

(1c)

이고 는 선편광,와은 각각 오른쪽과 왼쪽의 원편광을 표현하고 있다.
따라서 선편광을 좌, 우 원편광의 중첩으로 설명할 수 있다.

d-glucose나 자기장의 영향아래 있는 물질인 경우 우향편광과 좌향편광의 속도가 다를 수도 있다.
그럴 경우 좌, 우향편광을 따로 계산하여 다시 결합하여 선형편광을 계산할 수 있다.
그 결과 선편광이 회전을 한다.

좌향편광과 우향편광의 속도차이를 알기 위해서 (1b)와 (1c)에서 굴절률 n을 nr , nl로 두자. 그림 1에서 보는 바와 같이, x=d 에서 y-z평면내의 전기장은 다음과 같다.

(2)

이 식에서 전자기파는 y축에 대하여 각 α만큼 기울어지게 된다.

(3)

여기서 λ는 진공에서 빛의 파장이다.
따라서 원형 복굴절은 우향원편광과 좌향원편광된 빛의 진행속도의 차이의 효과로 설명할 수 있다.

선편광된 빛이 광학활성을 갖는 물질 내부를 진행하면 빛의 편광면은 매질 내에서 진행한 거리에 비례하는 각도만큼 회전하게 된다.
선편광된 sodium-D light(λ=589nm)이 온도 20℃, 1㎤ 당 1g을 포함하는 진행거리 100mm 당의 회전 각도를 그 물질의 선광률(specific rotatory power)이라 하고 아래와 같이 표현한다.



만일 회전각 가 농도 c에 비례한다고 가정하면 선광률은 다음과 같다.



측정온도가 20℃에서 시작한다면 얻어진 값은 다음과 같이 수정되어야 한다.

유당(lactose) :

자당(sucrose) :

설탕수용액의 선광률은 이고 표준편차는이다.

진행해 오는 빛을 들여다보는 방향에서 관측할 때, 편광면의 회전 방향이 시계방향이면 그 물질은 우선성(dextro-rotatory)을 가진 물질이라 하고, 반시계 방향일 경우 그 물질은 좌선성(levo-rotatory)을 가진 물질이라 한다.

어떤 광학활성 매질이 우선성을 보이는지 좌선성을 보이는지의 여부는 정성적으로 말하자면 물질의 분자구조가 왼쪽으로 꼬였는지 오른쪽으로 꼬였는지에 따라서 결정되는 것이다.

3. 실험장치

그림
2. 설탕수용액의 선광률을 측정하기 위한 실험 셋 업

편광계 1대, 교반기 1대, 저울, 설탕, 비이커, 온도계, 스푼

4. 실험방법

(1) 먼저 half-shade 편광계의 원점을 맞춘다.

(2) 비이커에 설탕물을 만든다.
물의 양과 설탕의 무게를 측정하여 농도 를 알고 있어야 한다.

(3) 4가지 농도의 용액을 만든다.



(4) 모든 용액의 온도는 똑같아.. DownLoad



..... (중략)






제목 : [자연과학][물리실험보고서] 광학활성[Optical Activity] DownLoad
출처 : 지식114 자료실



[문서정보]

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자료제목 : [자연과학][물리실험보고서] 광학활성[Optical Activity]
파일이름 : 자연과학 물리실험보고서 광학활성 Optical Activity (2).hwp
키워드 : 자연과학,물리실험,광학활성,Optical,Activity,물리실험보고서



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