열화상 카메라를 이용한 허셀의 적외선 실험 재현
Reproducing Herschel’s Infrared Experiment by using a Thermal Imaging Camera
2
조회
0
다운로드
0
인용
0
참고문헌
키워드
초록
적외선 발견에 대한 허셀의 실험을 온도계 대신 열화상 카메라를 사용하여 재현했다. 실험을 위해 제논 램프에서 나온 빛을 프리즘으로 분산시키고, 스크린에 맺힌 스펙트럼의 일반 카메라 사진과 열화상 카메라 사진을 비교하여 파장과 온도의 분포를 비교했다. 온도 분포는 에너지 밀도의 분포를 보여주는데, 열화상 사진에 붉은색에 가까운 적외선 영역의 에너지 밀도가 가장 높게 나타났다. 일반 사진과 열화상 사진의 비교 분석을 통해, 붉은색 빛보다 파장이 긴 적외선 영역의 에너지 밀도가 높은 이유가 빛이 프리즘에서 굴절할 때 편향각이 파장에 대해 비선형이어서 적외선 영역의 빛이 스크린의 좁은 지역에 밀집했기 때문임을 알 수 있었다. 열화상 카메라를 사용하여 허셀 실험을 재현하고 적외선의 존재를 확인하는 이 실험은 과학의 역사성을 인식하고 도구에 따라 실험 절차가 다름을 이해하는데 도움이 된다. 우리는 또한 제논 램프와 열화상 카메라 대신 태양 빛과 쉽게 구할 수 있는 액정 시트로도 같은 결과를 얻을 수 있음을 확인했다.
Abstract
We used a thermal imaging camera and a xenon lamp to reproduce W. Herschel’s infrared experiment. In detail, we compared the photo image and the thermal image of the spectrum, and analyze the distribution of the wavelength and the temperature in the spectrum. Our result was the same as Herschel’s, in other words, the highest temperature was measured at the position just outside the red edge in the spectrum. This phenomenon can be explained by the refractive index and a spectral energy density as a function of wavelength. Our calculation showed that the highest energy density at the infrared region was due to the fact that the deflection angle varied non-linearly with the wavelength, in other words that the lights in the infrared region condense in a narrow region when they refracted at the prism. We suggest that visualization of the existence of infrared light as demonstrated in our experiment using a thermal camera can be easily adopted as educational material or inquiry activities for students. We also found that liquid crystal sheets can be used as effectively as a thermal camera for this demonstration.
참고문헌 (8)
- Cavicchi EM, "Historical experiments in students’ hands:Unfragmenting science through action and history", Science & Education, 17(7), pp.717~749 (2008)
- Chang H, "How historical experiments can improve scientific knowledge and science education: The cases of boiling water and electrochemistry", Science & Education, 20(3-4), pp.317~341 (2011)
- Ducheyne S, "The cavendish experiment as a tool for historical understanding of science", Science & Education, 21(1), pp.87~108 (2012)
- Hecht E, "광학" (2001), 두양사
- Herschel W, "Experiments on the Refrangibility of the Invisible Rays of the Sun", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90, pp.284~292 (1800)
- Herschel W, "Investigation of the powers of the prismatic colours to heat and illuminate objects; with remarks, that prove the different refrangibility of radiant heat", Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 90, pp.255~283 (1800)
- Hottecke D, "How and what can we learn from replication historical experiments? A Case Study", Science & Education, 9, pp.343~362 (2000)
- Pompea SM, "Teaching about the electromagnetic spectrum using the Herschel experiment", Education and Training in Optics and Photonics, 2001, pp.561~563 (2002)