안녕하세요.
종이모형왕국이 개발한 태양 고도 측정기를 소개 합니다.

현재 자기가 있는 위치에서 태양이 떠있는 각도를 잴 수 있는 장치 입니다.
북쪽을 기준으로 몇도 만큼 이동했는지 방위각까지 알 수 있답니다.

태양의 고도에 따라 계절이 바뀐다고 합니다.
태양이 낮게 뜨면 추운 겨울, 높게 뜨면 더운 여름이 된다고 합니다.

과연 그럴지 종이모형왕국의 태양 고도 측정기를 가지고 태양이 떠있는 각도를 측정해보는건 어떨까요?

<태양 고도 측정기 구성>
 

태양 고도 측정기는
- 표지1장(뒷면에 설명서 포함)
- 태양 고도 측정기 전개도 1장(A3 사이즈가 반 접혀 있어요)
으로 구성되어 있습니다.

* * *

태양의 고도를 측정하는 방법은 여러가지가 있습니다.
긴 막대를 똑바로 세우고 막대기 끝과 막대기 끝이 그리는 그림자를 실로 연결해서 그 각도를 측정하는 방법도 있습니다.

종이모형왕국의 태양 고도 측정기도 그림자를 이용해서 태양의 고도를 잰답니다.
측정기를 한번 만들어 놓으면 언제라도 쉽게 찾아 쓸 수 있고요.
재고자 하는 위치에 놓으면 화살표가 눈금을 가르쳐 주니까 편하게 각도를 읽을 수 있답니다.

<태양 고도 측정기의 활용>
1. 1시간 간격으로 태양 고도 측정해보기
하루 동안 태양은 어떤 경로로 뜨고 지는 걸까요?
1시간 마다 밖으로 나가서 태양의 고도를 측정해보고, 그 기록을 남겨봅시다.

2. 하지, 동지, 춘분, 추분 때 태양 고도 측정해보기
낮이 제일 길다는 하지에는 태양이 가장 높게 뜬다고 합니다.
밤이 제일 긴 동지에는 태양이 가장 낮게 뜨고요.
춘분과 추분은 하지와 동지의 중간 날로 낮과 밤의 길이가 같다고 합니다.
실제로도 그럴지, 각 계절 마다 같은 시간에 태양의 고도를 측정해 봅시다.

<태양 고도 측정기의 장점>
1. 그림자 정렬이 쉽습니다.
빗면을 이용한 방법의 경우 그림자가 생기지 않도록 빗면을 조절하기가 어렵습니다.
종이모형왕국의 태양 고도 측정기는 두개의 구멍에 태양빛이 똑바로 들어오도록 일치시키면 됩니다.
누구나 쉽게 태양 고도 측정을 할 수 있습니다.

2. 수치 판독이 쉽습니다.
막대기와 실, 각도기를 사용하는 방법은 실을 연결하고 각도기로 그 각을 재는 방법을 씁니다.
종이모형왕국의 태양 고도 측정기에는 눈금이 그려져 있고,
화살표가 가르키는 눈금을 읽기만 하면 됩니다.

3. 방위각까지 쉽게 측정할 수 있습니다.
나침반으로 태양 고도 측정기의 북쪽과 남쪽을 일치 시키게 되면,
태양 고도 뿐만 아니라 방위각까지 잴 수 있습니다.

태양 고도 측정기는 아래 종이모형왕국 쇼핑몰에서 구입하실 수 있습니다.
종이모형왕국 쇼핑몰에서 태양 고도 측정기 구입하기

안녕하세요.
왕국 디자이너 입니다.

2월에 진행한 뉴턴 분광기 무료 배포 행사는 잘 끝났습니다.
전국 각지에서 주문이 밀려들어와서 정신없는 한 주를 보냈네요.

지금은 초, 중, 고등학생들을 지도하시는 선생님들을 위한 뉴턴 분광기 활용 수업 교안을 제작중에 있습니다. 종이모형왕국(http://paperepmire.com)에 오시면 받으실 수 있습니다.
(지금은 초등학교용만 올라가 있어요.)

오늘은 휴대폰 카메라를 이용해서 스펙트럼을 찍어봤습니다.
형광등과 태양 흡수선을 관찰해봤습니다.

전에 쓰던 분광기는 불꽃 반응 실험을 하느라 거의 태워먹어서 새롭게 분광기를 만들었습니다.
(http://paperempire.tistory.com/10)

좀더 조밀한 스펙트럼 관찰을 위해서 기존의 절연 테이프 슬릿 대신 칼날로 슬릿을 만들었습니다.
그 간격을 측정할 수 없을 정도로 아주아주 좁습니다.

관찰결과 기존 절연 테이프 슬릿보다 정확한 스펙트럼을 얻을 수 있었습니다.
다음번에 시간이 난다면 DSLR로 찍어서 보여드릴게요.

오늘은 DSLR이 없는 분들을 위해 휴대폰 카메라로만 촬영을 해봤습니다.
(DSLR로 찍은 태양 흡수선 : http://paperempire.tistory.com/9)

이렇게 새로 만든 분광기를 제 휴대폰(갤럭시S) 카메라에 붙여 보았습니다.
칼날 슬릿 뿐만 아니라 다른 슬릿 간격도 시험해볼겸 광량조절부를 잘라서 사용해봤습니다.
관찰 결과가 어떨지 궁금하시죠?

1. 형광등
우선 형광등 부터 관찰해봤습니다.
① 슬릿 2mm(기본 슬릿)
슬릿 간격이 2mm 이라서 선 스펙트럼의 간격도 2mm 정도로 나왔네요.

② 슬릿 0.5mm
545nm 부근 녹색선을 보세요.
슬릿 간격이 2mm였을때는 한줄로 보였는데, 슬릿 간격이 0.5mm로 줄어드니, 2줄로 보이네요.
선 간격이 전체적으로 줄었습니다.

③ 슬릿 0.3mm
선 두께가 좀 더 줄었습니다.

④ 칼날 슬릿(0.1mm 이하)
좀더 세밀한 스펙트럼이 보입니다.
실제로 보면 더 선명하답니다!

2. 태양 흡수선
휴대폰 카메라의 한계로 인해 멋진 흡수선을 촬영할 수는 없었지만, 일부 부분에서 흡수선의 존재를 인식할 만한 검은 선들이 나왔습니다. 모두 칼날 슬릿을 사용했습니다.

① 태양이 얕은 구름뒤로 숨었을때
태양빛이 점 형태로 슬릿으로 들어오기 때문에 스펙트럼 세로 길이가 그렇게 길지가 않은데요.
태양이 구름뒤로 숨었을때는 구름이 태양빛을 넓게 퍼트려줘서 좀더 많은 양의 빛이 슬릿으로 골고루 들어오게 됩니다. 그래서 관찰이 더 잘되기도 합니다.

400nm이하 부분에 검은 색 2줄이 보이시죠?

(출처:http://www.harmsy.freeuk.com/fraunhofer.html)
제가 인터넷에서 찾은 태양 흡수선 자료인데요.
400nm아래에 H와 K가 보이는데, 이것이 찍혀 나왔네요.

590nm 부근에 약간 어두운 줄이 보이시나요?
자료상으로 D선이 검출된것 같습니다.

486nm 부군에 희미하게 검은 흔적이 보입니다.
자료상으로 보면 F선 정도 일것 같네요.

② 태양을 직접 또는 약간 틀어서 촬영
잘 안보이시죠?;
485nm 부근의 F선과 518nm 부분의 b선이 검출된것 같습니다. 잘보세요!

저에게는 485nm F선, 518nm b선, 590nm D선이 보입니다.

485nm F선, 518nm b선 찾으셨나요?

태양빛의 거의 똑바로 슬릿으로 들어왔을때입니다.
왼쪽 자색 부근에서 검은선이 나타나길래 바로 찍어봤습니다.
자색 부분에 굵은 선 3개와 얇은 선 2개가 보이시나요?
400nm 이하에서 H,K선
다음 순으로 h, g, G선이 검출된것 같습니다.
신기하네요.

K, H, h, g, G선이 보입니다. 찾으셨나요?

역시 K, H, h, g, G선이 보이네요.

485nm 부근의 F선이 보입니다.

정리
슬릿 간격이 좁으면 좀더 정확한 태양 흡수선을 관찰할 수 있었습니다.
휴대폰 카메라 성능이 아무래도 떨어지다 보니 미세한 선들까지 포착해내지는 못했네요.

맨눈으로 그냥 보시면 수십개의 흡수선을 관찰하실 수 있을겁니다.
슬릿을 좁게 만들어서 관찰해보세요!

태양 흡수선 관찰에 사용한 뉴턴 분광기는 아래 왕국 쇼핑몰에서 구입하실 수 있습니다.
왕국 쇼핑몰에서 뉴턴 분광기 구입하기!

안녕하세요.
왕국 디자이너 입니다.
 
오늘은 분광기로 불꽃반응실험을 관찰해보았습니다.
여러가지 금속염을 에탄올과 섞어서 불을 붙여 보았는데요.
생각보다 빛이 밝지 않고, 오래 타지도 않아서 불꽃반응을 관찰하기가 어려웠습니다.

(염화 제2구리의 불꽃색은 녹색빛이 나네요.)
 

<염화나트륨> 600nm 근처에서 한 줄이 나왔네요.

<질산나트륨> 염화나트륨과 마찬가지로 600nm 근처에서 한 줄이 나왔습니다.

<염화 제2구리> 녹색과 파란색이 강하게 나오네요.

<질산구리> 녹색과 파란색이 조금 보입니다.

<염화스트론튬> 610nm 근처에서 빨간줄이 나왔네요. 680nm에서도 빛이 조금 보입니다.

<질산스트론튬> 염화스트론튬과 비슷하게 나왔습니다.

<염화바륨>

<탄산바륨>

<염화칼륨>

<질산칼륨>
바륨과 칼륨에서는 제대로된 불꽃색을 관찰할 수가 없었습니다.
화력이 약했거나 시약과 에탄올의 비율이 맞지 않아 그럴 수 있겠다고 생각했습니다.
 
먼저 실험한 나트륨, 구리, 스트론튬은 불꽃색과 선 스펙트럼을 어느정도 관찰할 수 있었습니다.
 
한가지 재밌는 점은 거의 모든 스펙트럼에서 600nm 근처에서 한줄이 발견된다는 것인데요.
추정하기로는 나트륨(590nm 근처)의 선 스펙트럼이 아닐까 합니다.
다른 실험결과에서 나트륨 선 스펙트럼이 나오는 것은 시약이 일부 섞였거나 실험도구에 일부 나트륨 성분이 있거나,
에탄올의 불꽃 반응 색일 수도 있을것 같다는 생각을 했습니다.
 
(에탄올이 아닌 가스 토치로 나트륨의 불꽃 반응을 보았을때 600nm 근처에서 한줄이 발견되므로 그것은 나트륨의 선 스펙트럼이라고 봐도 될것 같다는 생각입니다.)

여러가지 실험 방법으로 시도해봤는데요.
사진의 실험은 은박접시에 에탄올을 적신 티슈을 올리고 시약을 조금 넣은 후 에탄올을 약간 부어준 다음 불을 붙였습니다.
 
시약의 적정용량 및 좋은 실험 도구가 있다면 좀더 정확한 실험 결과를 얻을 수 있지 않을까 합니다.
 
더 좋은 실험 방법이 있거나 본 실험에 대해서 자문이 있다면 언제든지 알려주세요!


이것은 보너스 영상입니다.
페트병을 이용한 불꽃 반응 실험입니다.

본 실험에 쓰인 분광기는 아래에서 구입할 수 있습니다.
종이모형왕국 쇼핑몰에서 뉴턴 분광기 구입하러가기!

안녕하세요.
왕국 디자이너 입니다.
 
오늘은 뉴턴 분광기로 태양 흡수선을 관측해봤습니다.
태양 흡수선은 태양 스펙트럼에서 보이는 검은 선을 말하는데요.
프라운호퍼라는 사람이 발견하여 프라운호퍼 선이라고도 한답니다.
http://en.wikipedia.org/wiki/Fraunhofer_lines
 
연속인 태양 스펙트럼에서 이러한 검은 선이 나타나는 이유는 태양과 지구 대기에서 흡수된 영역이 있어서 보이지 않는 거라고 하네요.
신기하죠?
 
자, 그러면 태양 흡수선을 관측해보도록 하겠습니다.
 

태양 흡수선을 잘 관측하기 위해서는 빛이 들어오는 슬릿을 아주아주 가늘게 해야합니다.
종이가 통과하지 못할 정도로 한번 만들어 보세요.
저는 절연 테이프를 이용해서 몇번의 시도 끝에 아주 좁은 슬릿을 만들었답니다.

제가 찍은 태양 스펙트럼 입니다. 중간중간 검은 선들이 보이죠? 이것이 흡수선입니다.
지구와 태양 대기가 해당 영역의 빛을 흡수했기 때문에 우리 눈에 도달하지 못하는 것이라고 할 수 있습니다.
전 시간에 셀로판지로 실험했던 것과 같이 일부 빛들이 대기로 흡수된것이죠.

위 사진은 인터넷(http://www.harmsy.freeuk.com/fraunhofer.html)에서 찾은 태양 흡수선 모습입니다.
그 밑에 제가 찍은 사진을 정렬 시켜 보았습니다.
검은 선들이 비슷하게 위치하고 있죠?
 
아주 정밀한 분광기를 통해 본다면 이런 검은 선들이 324개나 된다고 합니다.
제가 찍은 사진에는 7개 정도가 선명히 보이고 있습니다. 희미한 선들도 몇개 보이고요.
 
태양 흡수선을 관측하는 실험을 통해서 태양에서 나온 가시광선 영역 중에 우리 눈에 도달하지 못하고 지구 대기에서 흡수되는 영역이 있다는 것을 알 수 있었습니다. 여러분들도 태양 흡수선을 관찰해보고 검은 흡수선이 몇개나 나오는지 한번 세어 보세요!

태양 흡수선 관찰에 사용한 뉴턴 분광기는 아래 왕국 쇼핑몰에서 구입하실 수 있습니다.
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