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광선 근사 Ray Approximation 광선광학(ray optics): 기하광학이라고도 불리며, 빛에 대한 전제를 다음과 같이 설정한다. 빛이 균일한 매질 상을 지날 때, 직선의 고정된 방향성을 가진다. 빛이 불균일한 매질의 광학적 성질을 만나게 되면 진행방향을 바꾼다. e.g. 다른 매질의 경계면에 도달하는 경우 광선 근사(ray approximation) 광선은 파동의 진행방향을 가리킨다. 광선은 파면에 대해 수직하게 이동[그림 1]한다. 광학에서 파면(wave front)이란, 공간상의 모든 점에서 광선과 수직하는 면을 의미한다. ​ 빛이 주어진 환경에 따른 광선 근사의 사용 가능성 ​ 파동의 파장(λ)과 틈이 있는 장애물의 틈 지름(d) 사이의 관계[그림 2]는 다음과 같이 정리할 수 있다. ..

「Light or visible light is electromagnetic radiation that can be perceived by the human eyes.」 (CIE(International Commission on Illumination, 1987) ​ 빛(light): 전자기파의 일종으로, 광학에서 다루는 빛은 인간의 눈이 감지할 수 있는 가시광선 영역의 전자기파를 의미한다. 광원에서 관측자에게로 에너지의 전달이 이루어 진다. 식물은 태양빛에 의해 전달된 에너지를 광합성(photosynthesis)[그림 1]을 통해 화학에너지로 전환한다. 빛의 형태로 우리는 정보를 송수신한다. 광학(optics): 빛의 특성을 연구하는 학문으로 현재는 세부분야로 기하광학, 파동광학, 양자광학, 광유전학 ..

파스칼 법칙 Pascal's Law 프랑스의 수학자 파스칼(Blaise Pascal, 1623~1662)이 발견한 유체정역학의 한 가지 법칙이다. 파스칼 법칙: 유체에 의한 압력은 깊이와 유체 표면 압력 p_0의 값에 비례하므로, 유체 표면에 압력을 증가시키면, 압력은 유체 내부의 각 점에 똑같이 전달된다. ⇒ 유체에 작용하는 압력의 변화는 유체 내의 각 점과 용기의 벽에 동등하게 전달된다. ​ 밀폐된 유체에 작용하는 압력은 용기의 벽과 유체의 모든 부분에 같게 전달된다. ​ 파스칼의 법칙[그림 1] ■ 유압 프레스(hydraulic press)[그림 2]는 파스칼의 법칙을 활용한 기계이다. e.g. 유압브레이크, 자동차 리프트, 지게차 등에도 응용 유압기의 원리[그림 3] 유압기의 구조에서 단면적의 대..

​ 이탈리아의 수학자 토리첼리(Evangelista Torricelli, 1608~1647)는 진공의 존재를 증명하기 위해 1643년 피사에서 아래와 같은 실험을 수행하였다. 토리첼리의 수은 기압계(mercury barometer)[그림 1]: 수은(Hg)으로 채운 긴 관을 뒤집어 수은이 채워진 용기에 수직으로 세운다. 관의 상부는 완전히 막혀있어 위쪽에 생긴 빈 공간은 진공에 가깝고(near-vacuum) 따라서 압력은 0으로 근사할 수 있다. 수은 기둥의 시작점과 일치한 지점(A, B)의 압력 p_0는 대기압에 의한 압력과 동일하다. [그림 2]의 조건에서 수은 기둥을 생성하는 대기압(B)과 수은 기둥에 의한 압력(A)은 서로 동일하다. 그림 2 수은 기둥에 의한 압력은 p_A이며, 이는 다음과 같이..

​ 드루드의 전기전도모형이란, 독일의 물리학자 폴 드루드(Paul Drude, 1863~1906)가 금속 내의 전기 전도를 고전역학으로 해석한 모델로 전기전도의 고전적 모형으로 인정받고 있다. ​ 규칙적으로 배열된 원자와 전도 전자인 자유전자로 이루어진 도체 드루드는 전류를 전기적 특성을 가진 입자(이온)의 움직임으로 가정하여 도체를 '전하입자'가 움직이는 길로 간주하였다. 그가 제시한 모델의 전제는 다음과 같이 요약할 수 있다. (전하입자는 현대적 해석을 도입하여 편하게 자유 전자로 설명하겠다.) 전기장이 없을 때 전도 전자들은 도체 내를 마구잡이로 움직인다. ⇒ 전자들은 용기 속에 갇힌 기체분자의 움직임과 매우 유사하다. 반면 전기장이 걸리면 자유전자는 전기장과 반대 방향으로 움직인다. ⇒ 전자는 전..

​ 열역학 제0법칙 열역학 제0법칙(zeroth law of thermodynamics): [열역학_02. 온도와 온도계], 만약 두 물체 A와 B가 제3의 물체인 C와 각각 열평형 상태에 있으면, A와 B는 서로 열평형 상태에 있다. 열평형(thermal equilibrium): 열접촉(thermal contact)상태에 놓인 두 물체 사이에 열이나 전자기 복사에 의한 알 에너지 교환이 더 이상 없는 상태 ​ 이상기체의 특성 열역학 법칙이 적용되는 열역학적 계에는 '이상기체'들이 활동함을 가정하고, [그림 1]의 왼쪽 그림과 같은 이상기체의 거동은 아래의 특징들을 갖는다. 실제 기체일지라도 높은 온도와 낮은 압력 상태에서는 이상 기체에 가깝게 거동한다. 기체 분자 간의 힘이 매우 약해 분자 간의 상호작..

​ 선적분(line integral): 곡선적분, 평면 위의 곡선을 따르는 함수의 적분 ​ 직선 위의 정적분을 곡선 위의 적분까지 일반화한 개념으로 물리학에서는 장의 종류에 따라 (1)스칼라장 선적분과 (2)벡터장 선적분으로 구분된다. 스칼라장 선적분: 밀도의 분포가 주어진 끈의 질량을 구하는 문제와 동일 벡터장 선적분: 어떤 주어진 벡터장에서 경로를 따라 운동하는 물체에 한 일을 구하는 문제와 동일 ​ 벡터장을 물체의 운동경로에 따라 선적분하면, 힘이 물체에 한 일을 구할 수 있는데, 이때 힘이 한 일이 출발점과 도착점의 위치에만 의존하고, 경로와는 무관하다면 그 힘을 '보존력'으로 분류할 수 있다. 그리고 이 보존력장의 원함수를 그 힘에 의한 퍼텐셜에너지로 정의한다. ​ 중력 하에 있는 질량 m의 물..

다변수 함수(multivariable functions): 둘 이상의 독립변수를 갖는 함수 다변수 실함수와 다변수 복소함수를 포함함 물리학에서 발견할 수 있는 대표적인 예는 기체의 압력을 들 수 있다. ⇒ 기체 압력(p)은 부피(V)와 온도(T)에 동시에 영향을 받는다. ​ 또한 기하에서 원통(실린더, cylinder)[그림 1]의 부피는 다변수 함수에 해당한다. 의미: 원통의 부피는 뚜껑의 반지름과 원통의 높이에 의존한다. 종속변수는 부피(V)이다. 독립변수는 원통의 반지름 r과 원통의 높이 h로 V(r, h)로 부피 식을 표현할 수 있다. ​ 원통의 부피는 두 개의 독립변수에 의해 결정되므로, 이변수 함수라고 한다. ​ 편미분 Partial Derivatives 미분적분학에서 편미분이란 둘 이상의 변..

유전체(dielectric): 축전기의 도체 판 사이에 있는 부도체 물질로, 가장 일반적인 축전기의 경우 절연물질인 마일라(Mylar: 강화 폴리에틸렌 필름)와 같은 얇은 플라스틱 종이[그림 1]가 평행판 사이에 채워져 있다. 마일라: 본래는 강화 폴리에틸렌의 브랜드 이름으로 폴리에스터 물질의 실제 이름은 BoPET(biaxially oriented polyethylene terephthalate)이다. 1950년대 중반 듀폰(DuPont) 사에서 발명되었다. 고형 유전체 고형 유전체를 사용함으로써 큰 금속 판막이 매우 작은 간격을 유지하면서도 서로 닿지 않는 기술적인 문제를 해결했다. 고형 유전체 내의 분극화는 [그림 2]와 같은 과정으로 진행된다. 두 도체판 사이의 전기장에 의해 유전체의 분자는 아래..

​ 축전기에 대한 기본적인 사항은 [전자기학_13. 정전용량(커패시턴스]에서 상세하게 설명되어 있으나 기본적인 사항은 아래와 같이 정리할 수 있다. 축전기(capacitor): 콘덴서, 커패시터, 전기회로 상에서 전기를 모으고, 방출하기 위해 사용하는 소자 축전기는 (1)두 개의 도체판과 (2)절연체(유전체, dielectric material)로 물리적 특성이 결정된다. 축전기에 모이는 전하량은 연결단자에 걸린 전압 ΔV에 비례하며, 충전 능력은 커패시턴스(capacitance)라고 부른다. 등가 전기용량 구하기 Calculating Equivalent Capacitance 등가 전기용량(equivalent capacitance): 두 개 이상의 축전기가 전기회로에 연결되었을 때 축전기의 전기용량은 회..