코랩샵 KOLAB - 연구용 기자재, 실험용 기초 소모품 및 연구 장비 전문 쇼핑몰 메인

빛의 꺾임 – 굴절, 굴절률, 그리고 굴절계 이야기 > 블로그

Q menu
오늘본상품

오늘본상품 없음

TOP

빛의 꺾임 – 굴절, 굴절률, 그리고 굴절계 이야기

페이지 정보

작성일 25-06-02 13:45

본문



우리 주변에서 물속에 손을 넣었을 때 손이 꺾여 보이거나, 수영장 바닥이 실제보다 얕아 보이는 경험 한 번쯤 해보았을 것이다.

이처럼 빛의 경로가 꺾이는 현상, 그것이 바로 굴절이다.

그럼 이 굴절과 굴절률, 그리고 이를 측정하는 도구인 굴절계에 대해 쉽고 알아보자.



 

 

굴절이란?


굴절빛이나 파동이 한 매질(물질)에서 다른 매질로 이동할 때 경로가 꺾이는 현상을 말한다.

예를 들어, 빛이 공기에서 물로 들어가면 속도가 느려 지면서 방향이 바뀌게 된다.

이것을 굴절이라고 하는데,

이때 어떤 매질에서는 빛이 빠르게, 또 어떤 매질에서는 느리게 이동하게 되는데, 차이로 인해 빛의 방향이 변하게 되는 것이다.



 

이러한 굴절은 우리가 살아가며 주변에서 쉽게 접해 보았을 것이다.

수영장 바닥이 얕아 보이는 현상, 물속에 젓가락을 넣으면 꺾여 보이는 현상, 무지개가 생기는 것 등 다양한 곳에서 굴절 현상이 관찰된다.

 

굴절은 수치화 할 수 있는데 이것을 굴절률(refractive index)이라고 한다.

굴절률은 물질마다 다른 빛의 속도 차이를 수치로 나타낸 값인데 진공에서의 빛의 속도를 기준으로, 특정 물질 속에서의 빛의 속도가 얼마나 느려 졌는지를 나타낸다.

 

굴절률은 다음과 같은 식으로 계산할 수 있다.

 

n

=

c

v

n : 굴절률

c : 진공에서의 빛의 속도

v : 물질 내에서의 빛의 속도

 

굴절률이 클수록 빛이 그 매질에서 느리게 움직이며, 그만큼 꺾이는 정도도 커진다.

 

물질굴절률
공기1.0003
1.33
유리1.5 ~ 1.9
다이아몬드2.42
소금1.54

 

위의 표는 국제 표준에 따라 나트륨 D(589 nm)을 사용하여 측정한 절대 굴절률이다. 굴절률은 빛의 파장에 따라 달라지기 때문에 측정 시 파장을 고정하여야 한다.

목적에 따라 다른 파장을 사용하여야 할 경우가 있는데 이를 위해 다양한 파장을 측정할 수 있는기기가 판매되고 있기 때문에 목적에 맞게 선택하여 사용하면 된다


6a1c40c18411e6c1ecec5d805d07352f_1748839521_9253.jpg

 

이러한 굴절률은 액체의 농도 측정, 렌즈 설계, 보석 감정 등 다양한 산업에서 활용되고 있다.

 

굴절률을 측정하는 기기굴절계(refractometer)라고 한다. 액체나 고체의 물질의 굴절률을 측정하며, 빛이 한 물질에서 다른 물질로 들어갈 때 얼마나 꺾이는지를 측정하여, 물질의 농도나 순도를 간접적으로 알아내는 데 사용된다.

 

굴절계의 작동 원리는,

빛이 시료를 통과하면서 경계면에서 굴절되게 되는데 굴절된 빛의 각도를 측정하여 스넬의 법칙(Snell's Law)을 이용하여 계산하게 된다.

 

굴절계는 다양한 형태로 이뤄져 있는데,


눈으로 직접 스케일을 읽는 수동형 굴절계, (↓)


6a1c40c18411e6c1ecec5d805d07352f_1748839565_3189.jpeg
 


디지털 화면으로 결과를 출력하는 디지털 굴절계(↓)


6a1c40c18411e6c1ecec5d805d07352f_1748839610_8342.jpg

 


고정밀 측정이 가능한 abbe 굴절계 등이 있다(↓)


6a1c40c18411e6c1ecec5d805d07352f_1748839645_1709.jpg
 


 

굴절계는 다양한 산업 현장에서 사용되고 있는데,

식품산업에서는 Brix 등의 농도를 측정하기 위해 많이 사용되며,

보석 감정, 제약 및 화장품의 순도 및 품질 검사, 환경분야의 수질 내 염도 측정, 기계산업에서의 절삭유 측정에도 많이 사용된다


6a1c40c18411e6c1ecec5d805d07352f_1748839698_7028.jpg
 

 

굴절은 단순히 물리의 개념을 넘어서 우리의 삶과 밀접하게 연결된 과학이다. 카메라 렌즈, 안경, 스마트폰의 카메라 모듈까지 이 원리가 쓰이지 않는 곳이 없을 정도이다.

이처럼 빛의 꺾임을 이해하는 것만으로도 세상을 보는 눈이 달라질 수 있다.







 

0%