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원자 지문이었음

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양자 지문은 뭐죠?

 

유전자 지도 같은 것 같기도 하고?

양자의 흔적? 같은 것 같기도 하고요.

스펙트럼인가? 헐

 

어리 검색해도 안 나오신다?

 

돌머리 ㅡㅡ. 원자 지문이었음. 

어쩐지 안 나오더라. ㅠㅠ

 

원자의 빛은 원자의 지문

 

오늘은 이거 배워야지. ㅠㅠ

 

금속 원자는 자신만의 독특한 불꽃 색깔을 낸다.
햇빛이 프리즘을 통과하면 백색의 빛이

여러 가지 색깔의 빛으로 나누어진다는 것을 발견했다.

.....................................

 

금속이 각각의 고유한 색을 내는 이유는?
금속이 불꽃으로부터 에너지를 흡수하면서 들뜬 상태로 되었다가 
다시 정상 상태로 돌아가면서 이 에너지를 빛으로 발산한다.
양자도약이군. ㅡㅡ

전자는 자신만의 궤도를 돈다. 뱅글뱅글. ㅜㅜ
궤도를 바꾸려면 두 궤도의 에너지 차이와 같은 빛을 
흡수하거나 방출해야 한다.


스펙트럼은 전자들이 위치할 수 있는 궤도?

 

https://ko.wikipedia.org/wiki/수소_스펙트럼_계열

........................................

 

즉 빛은 여러 색깔의 빛으로 이루어져 있었던 것이다.

이렇게 빛을 여러 색깔로 나누어 놓은 것을

빛의 스펙트럼, 혹은 분광이라고 부른다. 

 

프라운호퍼 선

https://ko.wikipedia.org/wiki/프라운호퍼_선

http://m.doopedia.co.kr/mo/doopedia/master/master.do?_method=view2&MAS_IDX=101013000711439

http://physica.gsnu.ac.kr/phtml/modern/light_quantum/spectrum/spectrum.html

 

스펙트럼의 선은 원자의 지문

 

이미지 < Flame Tests 직접 해 볼 생각.

 

모든 원소는 기화할 때 각각 독특한 파장의 빛을 발한다.

아래 몇 가지 원소의 발광 스펙트럼(선 스펙트럼)이 나와 있다.

 

(태양 스펙트럼에서 나타나는 프라운호퍼 선)

 

프라운호퍼는 태양빛의 스펙트럼에 나타나는 검은 선 중

D라고 이름 붙인 두 개의 검은 선의 파장이

나트륨의 분광실험에서 나타나는 선 스펙트럼의 파장과

정확하게 일치한다는 것을 발견했다

 

이미지

 

태양빛을 나트륨 기체에 통과시킨 후 프라운호퍼 선을 관측하면

D 스펙트럼이 더욱 뚜렷해진다는 것을 발견했다.

 

이미지

 

이 결과는 나트륨 기체를 통과하면서

D 스펙트럼에 해당하는 빛이 더욱 많이 사라졌음을,

따라서 나트륨 기체는 D 스펙트럼을 흡수한다는 것을 의미한다.

 

이로써 프라운호퍼 선과 원자의 스펙트럼 선이

같은 근원을 가지는 현상임이 드러났다.

 

1860년경에는 독일의 키르히호프(GustavRobert Kirchhoff, 1824-1887)와

분젠(Robert Wilhelm Bunsen, 1811-1899)이 이 결과를 더욱 깊이 연구해서

나트륨이 D 스펙트럼을 흡수하기도 하고 발산하기도 한다는 것을 확인했다.

이들은 이 결과를 일반화시켜서,

모든 원소는 각각 고유한 파장의 빛을 방출할 수도 있고

흡수할 수도 있다고 결론지었다.

 

이미지

 

태양광 스펙트럼의 가시광선 영역에 프라운호퍼 선이 표시되어 있다.

파장 589nm 부근에 인접해 있는 두 개의 검은색 선이

프라운호퍼 D 선이다.

 

왜 특정 원자는 특정 파장의 빛만 내는가?
스펙트럼 선의 패턴은 원소에 따라 다르기 때문에,

원자가 내는 스펙트럼 선은

원자가 무엇인지를 말해주는 지문 같은 존재다.

별빛의 스펙트럼 선을 보면

빛이 어떤 기체를 통과해 온 것인지 알 수 있으므로,

그 별이 어떤 원소를 함유하고 있는지를 알 수 있는 것이다.

 

실제로 프라운호퍼는 태양빛이 반사된 행성의 빛은

태양의 스펙트럼과 유사하며,

다른 별에서 오는 빛은 스펙트럼이 다르다는 것을 확인했다.

 

각각의 원자는 고유의 파장을 지닌 빛과 연관된다는 것을 알게 되었다.

물질이 원자로 이루어져 있다면 이 빛의 패턴은

원자에 대한 어떤 정보를 담고 있는 것이다.

 

왜 특정한 원자는 특정한 파장의 빛만을 발하는 것일까?

 

고유 주파수를 가지고 있으니까! ㅡㅡ

 

물질과 스펙트럼 선은 어떤 관계가 있는 것일까?

 

물질의 속을 들여다 볼 수 있는 유일한 도구 아닐까?

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댓글 11개

매끄러운 금속 표면이 반짝거리는 것은 전자가 가시광선 에너지를 받아 자유전자로 들떴다가 운동에 의해 에너지를 잃고 떨어지면서 다시 가시광선을 뱉어서 입니다.
한편, 수 keV로 가속된 전자는 편향 또는 충돌으로 에너지를 잃을 때 x선을 내놓습니다.
즉, 전자가 방출하는 전자기파의 파장은 특정된 게 아니고 흡수한 에너지의 양과 외부 환경에 따른 것입니다.
참고로 파장은 에너지 밀도이니 만큼 많이 구겨 넣을수록 파장은 짧아지고(주파수는 커지고) 에너지는 높아지고 입니다.

예의 스펙트럼은 인간이 양자 세계를 아주 쬐금 살짝 들여다 본 것에 불과합니다.
처음에는 그 게 뭘 의미하는지도 몰랐던 것이구요.
네.
네.
네.
네.
네.
노란색 풍선이 해볕에 비춰졌을 때
그림자 영역에 빨간색이 나타나는 것을 보았습니다.
이 경우는 풍선 안의 기체가 적색을 내기 때문이다.
(이 풍선 안에 기체는 혼합하여 적색을 낼 수 있는 색상)
바른 생각일까요?
보통 노란색 물체는 주변환경에 영향을 주어
노랗게 사실은 보여야 하는데
그 풍선은 적색을 보여주더라고요.

미완성 페이지입니다. 열공하겠습니다. ^^
가시광선이 풍선을 통과했으면 빛이 들어가면서 나가면서 굴절을 합니다.
그런데 풍선의 곡면과 재질이 굴절에 영향줘서 다른 파장대의 색을 거둬낸 것입니다.
네.
풍선의 곡면과 재질이 굴절에 영향을 주었다. 네.
그래서 다른 파장을 지닌 색을 거둬낸 것이다. 네.
주신 말씀은 아리송하면서도 알 것 같습니다.
바느질하다 들어왔습니다. ^^ 마저해야 하거든요. ㅎ

그러면요. 풍선 속에 기체는 영향이 없는 건가요?
헬륨이든 공기든 뭔가 들어가 있었을 텐데요.
이들도 빛이 투과하면서 다른 색으로 변환이 되겠지요?
곡면과 재질이 다른 파장. 색상의 변화는 굴절의 영향.
저녁에 주신 말씀 다시 접근하겠습니다.
이것 저것 뒤져 보면서 제가 보충해야 할 부분이 있어서요.

뒷부분 말씀은 지금 당장 빨리 못 알아듣고 있습니다. ^^

풍선의 경우 작은 틈새가 있는 것으로 알고 있습니다.
그래서 공기가 빠진다고 했거든요.
풍선 안에 기체가 빠져나오면서 색이 변했다고만 생각했습니다.
굴절로 인해 색이 안 바뀐다는 아니고요.
파장이 바뀌니 바뀐다 생각합니다. 그런데 이 경우는
풍선 속 기체가 더 큰 영향을 주었을 것 같아 그런 생각을 했습니다.
저녁에 다시 이 잡듯이 뒤져 보겠습니다! 감사합니다. 선생님!
풍선에 가시광선이 투과할 때 어떤 색이 나올 것인가는 따져볼 게 많을 것 같습니다.

1. 풍선 표면에서의 흡수와 반사
2. 공기중에서 풍선의 외피로 매질 변화
3. 외피에서 풍선의 얇은 막으로 매질 변화
4. 얇은 막에서 풍선의 내피로 매질변화
5. 내피에서 풍선 안의 기체로의 매질 변화
6. 기체에서 내피로
7. 내피에서 얇은 막으로
8. 얇은 막에서 외피로
9. 외피에서 공기중으로

각 단계마다 굴절만 작도해도 간단치는 않겠습니다.
또한 미세한 반사와 흡수를 무시할 수 없으며 얇은 막에의한 간섭 그리고 산란까지 있을 테니까요.
기체의 종류도 영향을 줄 것이구요.
최종 색을 결정하는 파장은 굴절률에 따르겠지만 말입니다.
저녁에 곡률과 굴절에 관한 부분을 찾아 보려고 했습니다.
아이들 저녁 밥 먹는 시간에 갑자기 정전이 되었습니다.
애들은 깔깔거리며 플래시 하나씩 들고는 장난만 치고 ㅜㅜ
우리 집만 전기가 나갔죠. 어딘가에서 과전압이 걸린 것 같은데요.
이 상태로 잠이 들어버렸습니다. ㅡㅡ
일어나서는 제 모니터가 신호가 없다고 하여
지금까지 실갱이 하다가 결국 17인치 비상용 하나 연결했는데요.
다른 큰 모니터를 하나 조립해야 할 상황이 되어버렸습니다.
부품은 있거든요. ^^
곡률과 굴절은 다시 연결하고 공부하겠습니다.
지금은 이것이 싸구려 모니터인지 글씨 색상도 영 아닙니다.
검은색이 짙은 회색같이 보여서요. ㅎ

온도가 낮아도 붉은 색을 띄지요?
이것도 알아보고 싶었는데요. ㅠㅠ
그때가 겨울이었으니 혹시나 해서요.
........................

2017.11.16. 04:18
모니터는 다른 아이를 하나 조립하여 우선 만들었습니다.
SIR이 이렇게 환했나요? ㅎ 엄청 환하네요. ??
2006년 구입하여 지금까지 썼으니 고마운 친구인데요.
수명 연장을 시켜줄까 하다가 통채로 교체를 했습니다.
모니터 망가지는 바람에 오늘 새벽에는 일을 못 해서요.
몇 시간이라도 해야 할 것 같아서요.
선생님께는 죄송하다 인사드리고 다른 농땡이 좀 까겠습니다! ㅎ
낮에는 무작정 노니 그때 다시 곡률과 굴절 조사해 보겠습니다.
감사합니다.
윽. 입니다. 저는 진짜 초짜입니다. ㅠㅠ
막연하게 파동이 뭔가를 만든다고만 생각하며 살았습니다.
이런 제가 선생님 덕분에 양자역학을 접하게 되었는걸요.
제가 뭘 알아서 선생님께요. ㅎㅎ 이 부분은 진짜 그렇습니다. ㅡㅡ
저는 목적이 생명이었습니다. 그래서 생물학에도 관심이 ^^
소지구가 괜히 어수선 한 것이 아니거든요. ^^
따뜻한 말씀 감사합니다. 조사하여 담아 보겠습니다.
영문권도 뒤져보겠습니다. 감사합니다.
시간은 걸릴 겁니다. ㅋ
관련 프로그램을 구해서 시뮬레이션한다면 모를까 풍선의 곡률을 어떤 식으로 따져서 굴절과 연결할지는 막막합니다. 곡면에서의 굴절을 곡률로 물고 들어 간다는 것은 좀 이상해서 그냥 정리합니다.

 -. 최단 경로로 진행하는 빛(페르마 원리),
 -. 입사점에서의 접선(막, 미분하고 싶어짐),
 -. 그리고 입사점에 세우는 법선(접선과 직교),
 -. 이 법선을 기준으로 굴절을 하면 스넬의 법칙을 따르고 반사를 하면 입사각과 반사각은 같다.

이러다 보니 많은 게 나옵니다.
 -. 곡면인 경우 축에 평행하게 진행 빛은 초점을 향해 굴절 또는 반사를 한다.
 -. 곡면인 경우 초점을 통과 한 빛은 축에 평행하게 굴절 또는 반사를 한다.
 -. 법선으로 진행하는 빛은 법선를 따라 굴절 또는 반사를 한다.(굴절각0°, 반사각 0°)
 -. 반사각 또는 굴절각이 90°이면 접선을 따라 흐른다.
 -. 반사각 또는 굴절각으로 90°가 나오는 입사각은 임계각이다.
 -. 축에 평행하게, 초점을 통과, 법선으로 진행한 빛이 만나는 곳에 실상이 맺힌다.
 -. 위의 허수선이 만나는 점에서 맺힌 상은 허상이다.

뭔가 더 있는 것 같은데 가물가물입니다.
빛뿐만 아니라 파동도 이와 같습니다.
현실에서 무지하게 응용되는 원리입니다.
 -. 파라볼라 안테나
 -. 포물면경
 -. 망원경 및 전파 망원경
 -. 오목, 볼록 거울 및 렌즈
 -. 서치라이트
 -. 홀로그램
 -. 위폐방지
 -. 프리즘
 -. 레이저
 -. 레이더
 -. 광케이블
 -. 성형작약탄 등등

스넬의 법칙을 보게되면 굴절한 빛의 각과 파장이 서로 관련있음을 알 수 있습니다.
또한 가시광선의 색은 파장에 따라 구분된다는 것은 이미 아는 것이구요.
그렇다면 어떤 굴절과정을 거쳐 최종 굴절각이 몇 °냐에 따라 풍선을 투과한 가시광선의 색이 정해지는 것 아니겠습니까.
이 게 풍선의 곡률을 따져서 될 사안은 아니라고 봅니다.
곡면의 재질이 굴절에 영향이란 말씀을 주셔서
그때 곡률이 뭔지 궁금했습니다.
곡면의 재질에서 곡률이 연상된 경우였거든요.
뭘 알고 표현을 한 것이 아니고요. ㅎㅎ 저 모른다니까요. ㅡㅡ/
이번에는 곡률이 뭔지 그리고 굴절이 뭔지 다시 한 번 붙어봐야겠다.
이런 생각이었습니다. 그러다 갑자기 풍선 생각이 나서
선생님께 여쭤본 것이거든요.

제가 미분 기하학을 아는 것도 아니고 어떻게 계산을 해요, ㅠㅠ
물론 접근하다가 배우게 된다면 시도는 해 보겠지만요. ^^

곡률의 개념을 좀 더 보강해야겠음. < 대충은 얼마 전 접해서요.
굴절도 다시 모조리 봐야겠다. < 항상 놓치는 부분이 있고
늘 새로운 것이 또 생겨서요. 다시 열었을 때 건지는 것이 꼭 있더라고요. ㅋ

이런 모습이었습니다.
수학 공식만 나와도 안 보았던 영역이 많습니다.
지금은 애들 꼭 보고 있습니다. ^^
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