10. 간섭과 공명(Interference and Resonance)

 

10. 1. 간섭과 공명(Interference and Resonance)

- 파동의 중첩(Superposition of Waves): 두 파동이 만나 겹쳐진 합성파의 변위는 각 파동의 변위를 합한 것과 같다.

 

- 중첩이 끝나고 나서 파동은 중첩되기 전 파동의 특성을 그대로 유지한 채 독립적으로 진행한다.

 

- 파동의 간섭(Wave Interference): 파동이 중첩되어 진폭이 변하는 현상.

 

  1) 보강간섭(Constructive Interference): 중첩되는 파동의 변위의 방향이 같아 합성파의 변위가 커지는 것.

 

  2) 상쇄간섭(Destructive Interference): 중첩되는 파동의 변위의 방향이 반대여서 합성파의 변위가 작아지는 것.

 

 

- 정상파(Standing Wave): 동일한 두 파동이 서로 반대 방향으로 진행하여 중첩된 결과 어느 방향으로도 진행하지 않고 제자리에서 진동만 하는 것처럼 보이는 파동.

 

- 배(Antinode): 가장 크게 진동하여 진폭이 최대인 부분.

 

- 마디(Node): 진동하지 않아 진폭이 0인 부분.

 

- 정상파의 파장, 진동수, 속력은 원래 파동과 같다.

 

 

- 공명(Resonance): 외부에서 가해 준 진동이 물체가 가지고 있는 공명 진동수(고유 진동수)와 일치하여 파동의 진폭이 커지는 현상.

 

- 양 끝이 고정된 줄에서의 공명: 줄의 공명 진동수가 외부에서 가한 진동의 진동수와 일치하여 정상파를 이룰 때 발생.

 

  이 때, 양 끝은 항상 마디가 된다.

 

- 양 끝이 열린 관에서의 공명: 관 속 공기의 공명 진동수가 외부에서 가한 진동의 진동수와 일치하여 정상파를 이룰 때 발생.

 

  이 때, 열린 양 끝은 항상 배가 된다.

 

- 공명은 악기, 소음 제거, 화음에 이용된다.

 

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10. 2. 광전효과(Photoelectric Effect)

- 광전효과(Photoelectric Effect): 금속 표면에 특정 진동수 이상의 진동수를 가진 빛을 비출 때, 금속에서 전자가 튀어나오는 현상.

 

- 광전자(Photoelectron): 광전효과가 일어날 때 튀어나오는 전자.

 

- 문턱 진동수(Threshold Frequency): 주어진 금속에 대해 광전자를 방출시킬 수 있는 빛의 최소 진동수.

 

 

- 광전 효과는 빛의 파동성(Wave Nature of Light)이 모순을 가지고 있음을 증명한다. 빛이 입자성(Particle Nature of Light)도 가지고 있음을 입증.

 

빛은 간섭, 회절과 같은 파동성을 가지면서, 불연속적인 에너지를 가지는 입자의 성질을 동시에 가진다.

 

다만 빛의 파동성과 입자성이 동시에 나타나지는 않는다.

 

- 광양자설(Light Quantum Theory): 빛은 진동수에 비례하는 에너지를 가지는 광자라고 하는 입자들의 흐름이다.

 

  E = hf(h: Planck Constant).

 

 

- 일함수(Work Function): 금속 내의 전자 한 개를 금속 밖으로 떼어내는 데 필요한 최소 에너지.

 

   금속의 종류에 따라 다르며, Work Function = Planck Constant X Threshold Frequency.

 

- 광전자의 운동 에너지(Kinetic Energy of Photoelectron): 광자 1개의 에너지 – 일함수.

 

- 광전자의 운동 에너지는 빛의 세기와는 관계가 없고 빛의 진동수에 비례하고, 빛의 진동수가 일정 할 때, 빛의 세기가 셀수록 광전류의 세기는 세진다.

 

- 광전효과(빛 -> 전기)는 광센서, 태양 전지에 이용된다.

 

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