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3장 물리1

물리1
by

jeong jinho

on 18 June 2014

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Transcript of 3장 물리1

01, 전자기파의 스펙트럼
02. 무선 통신과 방송
03. 전반사와 광통신
04. 전기 신호의 조절
05. 전자기파 센서와 정보 인식
III. 정보와 통신
1. 소리와 빛
2. 정보의 전달과 저장
01. 소리와 초음파
02. 공명과 화음
03. 마이크와 스피커
04. 광전 효과와 광센서
05. 색채 인식과 영상 장치
06. 정보의 저장
횡파
종파
소리의 속도: 고체>액체>기체
소리의 속도와 파장은 어떤 관계?
진공중에서 소리는 어떻게 전달되는가?
속력=진동수*파장
소리의 반사는 어떨 때 일어나나?
하모니카 "솔"
피리 "솔"
진폭?
진동수?
파형?
성대를 진동시켜 소리 발생
공기를 통해 소리 전달
고막을 진동시켜 소리를 듣는다.
가청주파수: 사람이 들을 수 있는 진동수, 20-20000Hz
20,000 Hz 이상을 초음파
20Hz 이하를 초저음파
초음파의 이용
어군탐지기
자동차 후진 감지기
비파괴 검사에도 사용(임산부)
초음파 세척기(안경, 시험관, 과일, 야채, 보석, 치과용 기구,
중첩의 원리
파동의 독립성
합성파
보강간섭
상쇄간섭
정상파(standing wave): 동일한 매질에서 진폭, 진동수, 파장이 같은 파동이 서로 반대 방향으로 진행하는 파동이 중첩되어 마치 파동이 진행하지 않는 것처럼 보이는 파동
고유진동수: 정상파가 만들어지는 진동수
a와 e는 위상이 같다.
a와 c는 위상이 반대이다.
위상이 같다: 진동 상태가 같다.
관 속의 공기 기둥은 여러 개의 고유 진동수를 가질 수 있다.
관에서 파장이 가장 긴 정상파
열린 관의 공명길이와 음 높이
관의 길이와 소리의 높이는 어떤 관계?
닫힌 관의 공명길이와 음 높이
고음과 저음에서 첫번째 공명
261.6
277.2
293.7
311.1
329.6
349.2
370.0
392.0
415.3
440.0
466.2
493.9
523.3
246.9
220.0
타코마 다리 붕괴
정상파
정상파
굴절의 원인은 속도차
크기가 작으면 분해능이 떨어진다.
허블 우주 망원경
(교류)
서로 붙어 있다.
(자기장 생성)
전자기 유도 법칙에 의해
유도전류 생성
코일이 진동
다이나믹 마치크의 구조
콘덴서 마이크의 구조
(직류)
(움직인다.)
축전기
축전기 극판의 간격이 변하고 축전기 판 사이의 전압이 변하게 된다.
건전지를 연결해도 전기 흐르지 않다가
빛을 비추면 전류가 흐른다. 이유는?
가변 저항의 용도는?
금속에 빛을 비추면 전자가 나온다.
19세기 말에 이런 사실이 알려짐.
이유를 설명할 수 없었음
광전효과 실험장치
광전효과 실험의 결과
특정한 진동수(문턱 진동수) 이상의 진동수에서만 광전자가 방출됨
튀어나온 광전자의 운동에너지는 빛의 진동수에만 관계함(빛의 세기와 무관
문턱 진동수 이상의 빛에서 광전자는 즉시 튀어나오며 튀어나오는 광전자의 수는 빛의 세기에 비례함.
아인슈타인의 해석
빛이 파동의 성질을 갖고 있다면 진동수가 작아도 세기가 센 빛을 비추면 전자가 나와야 하나 그렇지 않았다. 빛의 세기가 아무리 약해도 진동수만 문턱 진동수라는 것을 넘으면 전자가 바로 튀어나온다.
빛의 E=hf인 입자다.(광양자설) 1905년
광양자(Photon)가 전자와 충돌하여 에너지를 전해준다.

 

 
광다이오드의 구조
광센서: 빛의 양, 물체의 모양 상태, 움직임 등을 감지
광합성
전자가 에너지를 얻어 다른 분자로
이동하여 에너지 합성
여러 가지 광원의 스펙트럼(분광기 이용)
레이저
백열등
햇빛
형광등
색을 인식하는 과정
(색구별)
(명암구별)
R
G
B
빛의 3원색을 이용한 빛의 합성
루페
(R)
(G)
(B)
(yellow)
(cyan)
(magenta)
yellow
cyan
magenta
색의 3원색
화소
화소에서 색을 구현하는 원리
불꽃 방전이 발생할 때 전파가 발생
저항은 교류 주파수에 따라 전류의 세기에 영향을 주지 않음
코일과 축전기는 교류 주파수에 따라 전류의 세기에 영향을 준다.
공진 주파수
(고유 진동수)
코일은 고주파를 차단한다.
축전기는 저주파를 차단한다.
교류전류가 흐르면
양 극판에 충전된 전하량 반함
극판 사이에 진동하는 전기장 발생
진동하는 자기장 유도
(많은 종류)
공진주파수
많은 종류의 전파 중에서 어떤 전파가 전기 회로에 강한 전류를 만드는가?
AM, FM은 코일의 특성을 바꾸어 선택
주파수는 축전기의 특성을 바꾸어 선택
다이나믹 마이크, 콘덴서 마이크
축전기로 주파수 변화 시키는 법
미니 모터
안테나: 전기에너지 전파, 전파 전기에너지
안테나의 기본 원리
과수원길(과천시립소년소녀합창단)
고리안테나
쌍극안테나
야기안테나
홀극안테나
혼안테나
포물선 안테나
방송 송.수신과정
Frequency Modulation
amplitude modulation
demodulation
n
1
n
2
v
v
sin
sin
1
1
2
Θ
2
Θ
=
=
스넬의 법칙
여러 가지 물질의 굴절률
얼음
1.31
투명한 유리
코어를 감싸고 있는 투명한 유리
코어와 클래딩 중에서 굴절률이 큰 것은?
광섬유의 구조
광섬유
거울의 반사와 전반사는 어떻게 다른가?
저항-코일회로
저항-축전기 회로
소리굽쇠 공명
두 소리 굽쇠의 고유 진동수가 같으면 공명한다.
전자기파도 공명이 일어난다.
공진 주파수가 동일
RFID((Radio Frequency Identification) 시스템의 작동 방식
리더에서 안테나로 신호 전송
안테나가 신호를 전파의 형태로 생성후 전송
테그에서 공진 주파수에 맞는 전파 수신
IC칩이 에너지 공급받아 정보를 전파의 형태로 전송
전파를 수신하여 리더로 신호를 전송
신호를 변환하고 변환된 신호를 호스트 시스템으로 전달
홀로그램
로봇의 전체 모습
로봇의 분해된 모습
홀로그래피 디스크(HVD)-DVD보다 수백배 더 많은 정보 저장 가능
아날로그 신호의 파형
디지털 신호의 파형
아날로그와 디지털 신호
과거
현재
아날로그 방식으로 정보를 저장
정보의 양이 많음
정보교환을 많이함
압축 저장
빠르게 교환
디지털 방식 선호
정확하고 신속한 처리 가능
정보의 종류에 관계 없이 동일한 방식으로 저장하고 교환 가능
아날로그 신호
디지털 신호
일상생활에서는 모두 아날로그 신호이다.
저장
재생
합성수지
산화철 가루
입력전류의 방향을 바꾸면 산화철의 방향이 바뀌어 정보가 저장
기록된 정보를 읽을 때는?
플레터: 알루미늄 또는 유리 화합물의 표면에 산화철로 된 얇은 막이 덮여 있다.
스핀들 모터: 플레터를 회전시킨다. 회전속도가 읽기 쓰기의 성능을 좌우한다.
헤드: 플래터의 자기 배영을 읽거나 재배열해서 정보를 읽고 쓴다.
하드디스크
마그네틱 카드
정보가 저장된 부분
정보가 재생되는 원리는?
장점과 단점은?
CD의 표면구조
DVD의 표면 구조
광 기록장치
CD에 정보를 기록하는 방법
650nm 레이저
780nm 레이저
선의 크기, 간격, 트랙 사이간격이 넓다.
자기장의 영향을 받지 않는다. 특별한 경우를 제외하고는 정보를 오래 보관 가능
장점
단점
정보의 저장과 재생이 하드디스크 보다는 느리다.
자기 기록 방식
광기록 방식
반도체를 이용한 기록 방식
정보 저장 매체의 발달과정은
자성 물질의 크기와 헤드를 축소
나노선 디스크
하드 디스크 보다 300배 가량의 정보를 더 많이 저장 가능
홀로그래피 디스크
정보 저장 방식
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