편광 모자이크

 

 

 

 

 편광된 빛이 투명한 물질을 통과한 후 편광 방향이 달라지는 경우가 있다. 이 원리를 이용하여 편광 모자이크를 스스로 고안하여 만들어 보자.

목  적  : 두장의 편광판 사이에 셀로판 테이프나, 카세트 테이프 케이스등 투명한 플라스틱에서 생기는 색갈의 원리를 설명할 수 있다.

 

준비물 : 편광판 2장, 유리판 1장, 셀로판 테이프, OHP

 

방  법

①  두 장의 편광판을 겹쳐서 돌려보면 어떻게 보이나? 이 사실로부터 무엇을 알 수 있는가?

②  유리판에 셀로판지를 각각 두께가 다르게 여러 장 겹쳐 붙인 것을 2장의 편광판 사이에 끼우고 위쪽의 편광판을 돌려보면 어떻게 보이나?

③  비커에 물엿을 넣고 2장의 편광판 사이에 끼우고 위쪽의 편광판을 돌려보면 어떻게 보이나?  또 물엿에 투명원통을 넣고 깊이를 다르게 하면 색갈이 어떻게 변하는가?

 

결  과

①  두 편광판의 축을 90°회전시킬 때마다 사물이 잘 보이다가  안보이다가 하게된다.  이 사실로부터 빛은 횡파라는 것을 알 수 있다.

②  회전하는 각도와 셀로판의 두께에 따라 여러 가지 다양한 색깔이 나타난다.

③  편광판을 돌리면 색갈이 변하며, 깊이에 따라서도 색깔이 변한다.

 

원  리

 빛이 첫 번째 편광판을 지나면 어느 한 방향으로만 진동하는 편광이 된다. 이 편광된 빛이 긴 사슬모양의 분자 구조로 되어있는 셀로판에 입사하면 셀로판 결정의 광축 성분으로 나뉘어진다. 서로 수직인 방향으로 진동하는 두 광선은 셀로판 내부에서 진행하는 속력이 다르다. 이처럼 진동방향에 따라 내부에서 빛의 진행속력이 다르기 때문에 빛이 셀로판으로부터 다시 나올 때는 두 가지 성분의 위상이 달라지게 되며 이 차이는 셀로판의 두께, 즉 빛이 진행한 거리의 영향을 받는다. 만일 두 가지 성분의 위상 차가 180°라면 이 두 가지 성분이 다시 합쳐질 때는 편광 방향이 원래 입사했을 때와 비교해서 90°틀어져 버린다. 만일 백색광이 셀로판에 입사했다면 틀어지는 각도는 파장에는 반비례하며, 두께에는 비례할 것이다. 즉, 푸른빛은 파장이 짧아서 파장이 긴 붉은빛 보다 더 많이 틀어지며, 셀로판의 두께가 두꺼울수록 더 많이 틀어질 것이다. 따라서 검광자에는 검광자의 광축과 나란한 빛만 투과시키기 때문에 검광자를 회전함에 따라, 또 셀로판의 두께에 따라 서로 다른 다양한 색깔을 볼 수 있는 것이다.  다당류인 물엿()도 이런 현상이 생긴다. 이렇게 편광의 방향을 변화시키는 물질을 광활성물질이라 한다.