편광자(Polarizer)는 편광소자의 하나로 여러 성분의 편광 성분중에서 

하나의 편광성분만 통과시키고 나머지는 차단시키는 소자입니다.

자연광처럼 임의 편광(Random Polarization)의 자연광 상태를 통과시키면 편광된 광이 됩니다.

필요한 성분의 편광만 통과시키는 용도로 사용됩니다.

이 편광 필터는 기능은 비슷비슷하지만 여러가지 재질과 다양한 성능이 있습니다.

재료는 전문적인 분야라서 다루기가 힘든 내용입니다.

하지만 한번 하나씩 집어가며 포스팅 해보겠습니다.

같은 방식이라도 기술력에 따라서 혹은 설계하기 나름에 따른 성능이 다릅니다.

< 편광자의 종류 >

1. 흡수형 편광자 (Absorptive Polarizer)

필름의 형식을 가지고 있는 편광자 입니다.

고분자를 사슬로 정렬하면 한방향의 전기장을 제외하고는 나머지는 흡수하게 되어있습니다.

필름이지만 일정수준 이상의 온도특성이 좋고 긴 수명을 가지도록 설계되어 있습니다.

신뢰성을 높이기 위해서 유리섬유나 유기결정을 사용하는 경우도 있습니다.

하지만 흡수에 의해서 전체적인 투과율이 가장 낮고 흡수되는 에너지가 열로 전환됩니다.

일반적인 조명을 사용하는 카메라나 디스플레이에 적합니다.

• 장점 : 저렴하며 어디에나 설치 가능하고, 대형으로 제작이 가능함
• 단점 : 편광 분리성능이 떨어짐, 레이저에서 사용할 경우 데미지를 입을 수 있음
• 사용시 주의점 : 휘어짐, 긁힘, 이물이 묻는 것을 주의해야 함
  신뢰성에 대한 검증이 필요함

2. 프리즘형 편광자(Beam-Splitter Prism Polarizer)

복굴절을 발생시키는 소자를 정밀하게 가공하며 빛을 입사합니다.

두 개의 복굴절 소재를 대각선면으로 가공하고 접착합니다.

접착면을 기준으로 굴절율과 복굴절 차이에 의해 정확하게 두가지 성분의 편광을 나누게 됩니다.

임의편광의 빛을 정상광선(ordinary ray)과 비정상 광선(Extraordinary ray)으로 나눕니다.

(번역에 따라서 이상광선, 특수광선등에 표현이 다양합니다.)

주로 한 방향의 광만 사용하지만 정밀하게 가공하여 두 종류의 모두 사용하기도 합니다.

원리도 어렵지만 만들기는 더 어려워서 무척이나 고가에다가 부피도 큽니다.

그만큼 편광 분리성능이 뛰어나고 강도와 내구성이 우수하여 고출력 레이저에도 사용이 가능합니다.

• 장점 : 우수한 편광분리성분, 강도와 레이저 내구성이 우수함
• 단점 : 비싸고 대량생산에 적합하지 않음
• 사용시 주의점 : 각도에 따라 나오는 정상광선과 이상광선을 주의해서 소자를 배치

3. 반사형 편광자(Reflective Polarizer)

반사형 편광자라는 것은 직선 입사하는 광 중 원하는 편광은 통과시키지만 아닌 편광을 뒤로 반사시키는 편광자입니다.(제 경험에서 업계 용어인데 정식 용어를 아신다면 알려주세요)

다른 방식도 여러가지가 있지만 반사형 편광자는 종류가 많습니다.

에너지를 흡수하지 않아서 고출력에도 버티는 장점이 있습니다.

• Wire-grid Polarizer : 금속의 나노선을 주기적으로 배열해 해당 선방향으로 편광을 제어합니다.
• DBEF (Dual Brightness Enhancement Film) : 수십층의 고분자 박막의 다중구조로 특정 편광만 통과합니다. 
                                                                            사양에 따라 수백층도 가능합니다.

가격과 성능 모두 보통 필름 재질보다 높다는 특성이 있습니다.

정면으로 두면 원소스로 돌아가 고장의 원인이 되기 때문에 살짝 기울여서 설치하는 것이 정석입니다.

때때로 반사광이 예상하지 못한 곳에 닿아서, 에러를 만들기도 합니다.

• 장점 : 대량 양산도 가능함
• 단점 : 반사된 광이 다른 소자의 데미지를 줄 수 있음
• 사용시 주의점 : 제조 업체별 기술력에 따라 특성이 다름

4. 복굴절 크리스탈 편광자(Birefringent Crystal Polarizer) - 이중 굴절성

복굴절 소자 속에서 편광이 분리되는 성분을 이용합니다.

입사한 빛이 소자 속에서 복굴절 성질에 따라 두 가지 전기적 성분이 위치차이가 생깁니다.

각도를 가지고 입사하는 경우를 많이 사용합니다.

경로차이가 발생하는 것을 이용하여 복굴절 소자들을 가공하여 대각선의 프리즘면으로 만들어 접합합니다.

각 소자의 굴절율에 의해서 두 가지 성분의 광을 원하는 방향으로 분리할 수 있습니다.

위의 프리즘형 편광자는 경계면을 기준으로 굴절이 이루어집니다.

이것은 소재 자체의 특성을 사용해서 나누어지는 것을 이용 하는 것입니다.

다른 편광자라고 편한건 아니지만 이건 제작 난이도가 가장 높은 방식입니다.

치수와 각도에 성능에 영향이 엄청나고 민감하기 때문에 제작 자체가 어렵습니다.

다만 광경로에 좀 더 자유도 있는 설계가 가능하고 특히 소자가 Quartz등으로 단단하여 내구성에 강점이 있습니다.

편광 분리 성능 역시 뛰어납니다.

타협이 없는 고정도 / 고성능이여야 하는 경우에 사용이 됩니다.

그리고 당연하게도 고가입니다.

• 장점 : 고성능과 자유도 높은 설계, 편광분리와 광경로 제어를 동시에 할 수 있음
• 단점 : 만들수 있는 회사와 소스가 지극히 한정됨
• 사용시 주의점 : 광경로에 영향을 주니까 설치할 때 위치 정렬을 해야함
  (미세한 위치차이로 영향을 줄 수 있음)

5. 폴리머 기반 편광자(Polymer Film Polarizer)

폴리비닐알코올(PVA) 시트를 배치한 후 요오드로 염색하는 제조공정을 걸쳐서 만들어지는 필름타입의 편광자입니다.

편광성분인 만큼 제조가 쉽다고는 못하지만 다른 소자에 비해서는 압도적으로 저렴합니다.

그래서 그런지 성능은 가장 떨어지고요.

그렇다고 해서 그저 싸기만한 저렴한 방식은 아닙니다.

얇고 유연한데다가 대형으로 제작되어져 디스플레이용으로도 사용된다는 점은 엄청난 장점입니다.

가볍고 어디에나 적용가능해 크기 / 무게 / 형상에 따라서는 필름 말고는 못쓰는 광학계도 다수 존재합니다.

접착층을 사용해서 스티커처럼 만드는 것도 가능합니다.

소자와 방식의 차이가 있기는 하지만 위의 흡수형 편광자 (Absorptive Polarizer)보다 신뢰성이 낮습니다.

하지만 투과율은 좀 더 뛰어납니다. 그리고 보통은 보다 더 저렴합니다.

보호층을 설계 하기 따라서 모델마다 차이는 있겠지만 거의 5 ㎽/㎡의 에너지면 타버릴 것입니다.

• 장점 : 저렴하며 어디에나 설치 가능하고, 대형으로 제작이 가능함
• 단점 : 편광 분리성능이 떨어짐, 레이저에서 사용할 경우 데미지를 입을 수 있음
• 사용시 주의점 : 휘어짐, 긁힘, 이물이 묻는 것을 주의해야 함
  신뢰성에 대한 검증이 필요함

6. 광학 코팅 편광 분리 프리즘(Thin-Film Coated Prism Polarizer)

기울어진 표면에 대해서 편광성분이 다른 P와 S파는 각각 투과 반사율이 다릅니다.
그렇다면 다중의 굴절율이 다른 성분의 층을 코팅해서 P만 지나가고 S만 반사하는 현상을 만들수 있죠.
이런 방식은 투과(P)99(S)1 : 반사 (P)1(S)99의 사양 뿐 아닌 경우도 가능합니다.

필요에 따라서 투과(P)70(S)30 : 반사 (P)30(S)70 같이 복잡한 사양도 가능합니다. 

박막 코팅으로 만든 제품은 주로 삼각형이나 두 개를 조립한 큐브형으로 제작되지만 그냥 대각선의 판형으로도 가능합니다.
코팅막 개발에 따라 편광비(Extinction Ratio), 레이저 문턱치 세기등 성능을 높일 수 있습니다.
신뢰성 또한 높아 적당한 출력의 대량양산이 필요하기는 하면서도 정밀한 광학계에서 많이 사용됩니다.

• 장점 : 대량으로 제작 가능하면서 편광 비율이 우수함
• 단점 : 업체별 성능차이가 큼(신뢰성 포함)
• 사용시 주의점 : 위치 정렬에 민감함, 코팅면이 손상되는 것에 주의해야 함

< 대략적인 성능 차이 요약 >

제작 방법과 원리는 위에서처럼 이야기로 했지만 너무 말로만 하면 머리에 들어오지 않을 것 같아서 표로 정리했습니다.

크게 분류했지만 또 세부적인 제작방식에 따라서 엄청난 차이가 있습니다.

그리고 제작방식이 같더라고 제작사의 노하우와 실력에 따라서 또 다릅니다.

그래서 참고만하고 실무에는 업체와 제작 협의를 통해 사양을 결정하면 될 것 같습니다.

“정밀도와 내구성이 중요하면 프리즘형/복굴절형, 가격과 대량 양산이 중요하면 필름형/코팅형을 고려하세요.”

※ 편광에서 중요한 레이저 데미지 임계값(Laser Damage Threshold)은 제조 성능치에 따라서 너무 달라서 숫자로는 명시하기가 어렵네요. 참고로만 알아두세요.

빛은 전자기파로 진행 방향에 따라서 수직한 전기장과 자기장이 서로 수직한 진동을 하는 파동의 성격을 띠고 있습니다.

"전자기파의 진동이 공간을 따라 퍼지는 현상"이 빛의 파동성이라고 합니다.

전기장이 진동하는 방향을 편광 방향이라고 합니다. 편광은 빛이 진동하는 방향성을 뜻하는 개념입니다.

최근 많은 제품에서 편광소자가 사용되지만 아직 많은 개발현장에서 어려움이 있는 것 같습니다.

오늘은  편광에 대해서 개념이 무엇인지 알아보겠습니다.

1. 편광의 의미

빛은 진동하면서 나아간다고 알려져 있습니다.

편광에 대한 개념은 전기장이 특별한 방향으로 진동하는 현상입니다.

위의 그림은 편광이 한 직선으로 흔들리는 선평광의 예시입니다.

정확한 개념은 아니지만 진동을 정면에서 본다 생각하면 이해가 좀 편해집니다.

아래 그림처럼 될 것입니다. 위 아래로 흔들리죠, 이 전자기의 편광방향은 정면에서 볼 때 수직 방향처럼 생각이 됩니다.

물리적으로 관찰할 만한 현상은 아니고 비유인데, 빛의 진동 방향이라고 생각하시면 됩니다.

위아래로 진동하는 전자기장의 방향으로 볼 수 있습니다.

그런데 이 편광은 이렇게 직선으로만 정의 되는 것이 아닙니다. 원이나 타원으로도 정의 될 수 있습니다.

옆에서 보면 그냥 파동이겠지만 진동방향으로 보면 이렇게 다양한 그림이 나오게 됩니다.

선으로 진동하는 경우 "선편광", 회전하며 진동하면 "원편광", 방향이 타원일 때는 "타원 편광"입니다.

이런 광자들이 하나만 있는게 아니라 자연광에서는 여러가지 광자가 마구 섞여 있는 상태입니다.

이런한 상태를 무작위로 편광이 섞여 있다고 해서 임의편광 - Random Polarization이라고 부릅니다.

여기서는 여러가지 편광 현상 중에서 선편광에 통해서 특성을 알아 보겠습니다.

2. 편광의 방향

물리적으로 광이 기울어진 면에 입사되면 기울어진 방향으로 길게 늘어지는 현상을 볼 수 있습니다.

빛의 성질이 변하지 않았지만 수직과 수평에 차이가 생깁니다.

이 것은 "경로에 위상차가 생긴다"라고 해야 하는 현상인데요.

즉 빗면에 수직해서 입사하는 것과 수평으로 입사하는 것은 다르다는 것을 알게 됩니다.

기울어진 면에 입사되면, 입사각에 따라 수직과 수평에서 위상차가 발생하고, 새로운 편광상태가 생깁니다.

선편광에 경우로 빛의 진동 방향이 입사하는 빗면방향과 일치하는 P파와 빗면에 수직한 S파로 나누어집니다.

(입사면 = 입사광과 법선 벡터가 이루는 면)

즉, P파와 S파는 반사되는 표면의 방향에 따른 이름입니다.

물리적으로 반사면을 돌려주거나 편광소자를 돌려주면 똑같은 빛이 P에서 S가 될 수 있습니다.

빛의 성질인 편광 자체가 바뀌는게 아닙니다. 입사면의 상대적인 방향이 바뀌어서 부르는 이름도 바뀌는 것입니다.

3. 편광의 성질 - 반사율과 투과율

이제 편광에 대한 알아 보았고, 그럼 편광에 따라 어떤 특성이 변하는지 확인을 하겠습니다.
가장 대표적인 특성은 반사율과 투과율인데요.
아래 그래프로 P파와 S파의 각도에 따른 반사율을 보시겠습니다.

기울어진 면에 빛이 입사가 되면 각도에 따라 P와 S가 구별이 되는데요.

몇가지 특징이 있습니다.

• 수평한 0 ~ 20˚ 정도는 P와 S가 구별이 되지 않습니다.
• P파는 투과가 높고 S파는 반사가 높습니다.
• 특히 표면의 굴절율에 따라 특정 각도에서는 반사광에 P 성분이 사라지고, S 성분만 있는 브루스터 각 (Brewster’s Angle)이 존재합니다.
  → 즉 P와 S파는 빗면을 이용하여 분리가 가능합니다.
• 기울어진 표면에서 반사되는 성분은 S가 많습니다.

실생활에서도 운전 / 스키 / 낙시 할때 등 전방을 바라볼때 시야의 보호와 눈부심 방지를 위해서 사용하는,

편광 선글라스는 P만 받아들이고 S파는 차단하도록 되어있습니다.

그렇게 하면 정면에서는 다가오는 물체를 바라볼 때 바닥에 눈부심을 완화해 주기 때문에 편리합니다.

위의 사진에서는 편광 소자를 돌려가면서 촬영한 사진입니다.

방향에 따라 눈부심이나 반사광이 없어지는거나 잘 보이는게 확인 되시나요?

즉 표면에 맞는 방향에 따라서 어떤 성분은 반사가 잘 되고, 덜 되는 성분도 있는 것입니다.
그리고 빛과 표면의 입사각도가 바뀌면 편광에 따른 특성 역시 변하게 됩니다.
빛속에 따로 성분이 있어서 그것에 대한 것이 아니고 상대적인 위치에 따라서 편광에 효과가 바뀌는 것입니다.
광학 소자의 배치에 따라서 이런 효과를 이용하여 설계하는 등의 조합이 가능한 것입니다.

조금 편광에 대해서 이해가 가시나요?
광학계의 성능 향상을 위한 편광소자의 설계는 꽤나 복잡한 지식이 필요합니다.
하지만 결과물을 직접 사용하거나 그 아웃풋으로 추가 개발하시는 사용자 분들은 이정도는 알았으면 해서 포스팅하게 되었습니다.

가장 중요한 포인트는

"P파는 투과가 높고 S파는 반사가 잘된다."(즉 편광방향에 따른 반사율이 다르다)
"편광소자의 물리적으로 각도등을 변경하면 편광특성 역시 변경한다."
"특정 반사면이나 필터는 편광 소자가 될 수 있다."(박막 코팅 상태나 소재에 따라서 다릅니다.)

정도만 알고 있어도 도움이 될 것이라고 믿습니다.

염화칼슘은 이름 그대로 칼슘(Ca)과 염소(Cl) 화합물로 드믈게 화학명으로 알려져 있는 제품입니다.

성능이 뛰어나면서 저렴한 가격으로 제설제로 많이 사용되며 도로에 비치해두기도 하는 흔한 물질입니다.

주로 상온에서 흰색 고체 형태로 물에 잘 녹는 성질을 가지고 있습니다.

1. 염화칼슘(Calcium Chloride, CaCl₂) 화합물의 성질

염화칼슘은 탄산 나트륨을 얻는 과정에서 대량을 얻을 수도 있지만 따로 제조해도 비싸지 않습니다.

주로 아래와 같은 성질을 가지고 있습니다.

• 수분 흡수능력이 뛰어나서 건조제나 제습제로 사용할 수 있습니다.
• 물에 쉽게 용해되며, 용해 과정에서 많은 열이 발생합니다.
• 고온에서도 그 특성이 쉽게 변하지 않습니다.
  (습기만 조심하면 보관이 쉽습니다.)
• 용해성이 강해서 낮은 온도에서도 물에 녹일 수 있습니다.

2. 염화칼슘이 눈을 녹이는 원리

① 보통 자연상태의 얼음은 표면이 액체입니다.

완전한 얼음은 일부러 만들려고 해도 힘듭니다.

아무리 추워도 표면의 약간의 물이 층을 이루고 있습니다.

② 염화칼슘을 뿌리면 물에 녹습니다

표면에 있는 염화칼슘이 물에 녹습니다.

염화칼슘이 들어간 물은 어는 점이 - 20 ℃로 떨어집니다.

어지간하면 이 온도까지 떨어지기는 어렵기 때문에 이 물은 더이상 얼지 않습니다.

③ 염화칼슘은 물에 녹으면 열을 냅니다.

염화칼슘은 물에 녹으면 발열 반응으로 온도를 내기 때문에 얼음 표면을 녹입니다.

표면이 액화되면 다시 이 물에 염화칼슘이 녹습니다.

그럼 거기서 나는 열로 다시 표면이 녹는 순환구조로 계속해서 얼음을 얼리게 됩니다.

그 외에도 염화칼슘이 물에 녹아 있으면 칼슘 이온(Ca²⁺)과 염소 이온(Cl⁻)으로 나누어 지는데,

물 안에 이물질이 돌아다니면서 물의 결정화(결빙) 속도를 늦춥니다.

또, 물에 비해서 비열도 높아져서 보온 효과도 약간 생기는 샘이라서 더욱 눈을 더 잘 녹이는 효과를 줍니다.

이렇게 여러가지 작용으로 눈을 제거하기 최적화된 성질을 가지고 있어서 제빙제로 아주 잘 쓰입니다.

3. 염화칼슘의 단점

이렇게 만능으로 보이는 염화칼슘도 나쁜 점이 있습니다.

• 콘크리트나 금속을 부식 시킵니다. 차량의 바닥을 손상시키는 것으로 알려져있습니다.
• 석회석을 사용한 시멘트를 부식시킵니다. 특히 배수로를 손상시켜 사고의 원인이 되기도 합니다.
• 너무 많이 사용하면 토양을 알카리화 시킵니다. 
• 그리고 심각하지는 않지만 사람에게 장기간 피부를 건조하게 할 수도 있습니다.
• 위궤양을 만드는 문제도 있으니 "반려견이 산책중 주워먹는 버릇이 들이지 않도록 주의"합시다.

눈이 얼어서 생기는 교통사고나 그외 피해를 막기 위해서 필수적으로 사용됩니다.

과다 사용하면 단점이 많은 만큼 불가사리를 이용한 친환경 제설제에 대한 개발도 이루어지고 있다고 합니다.

① 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC)

② 폴리염화비닐 (Polyvinyl Chloride, PVC)

③ 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE)

④ 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP)

⑤ 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE, 테플론)

⑥ 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS)

⑦ 나일론 (폴리아미드, Polyamide, PA)

현대사회에서 어디서나 볼 수 있는 것이 플라스틱이고 누구에게나 친숙한 소재입니다.

정확한 의미로는 고분자의 일종으로 열이나 고압에 의해서 원하는 방향으로 변형할 수 있는 합성소재를 의미합니다.

재가공 여부에 따라 열가소성 플라스틱과 열경화성 플라스틱으로 나누기도 합니다.
역사적으로는 고무나 송진과 같은 자연물을 모방하면서 시작하였습니다.

합성물에 대한 기술이 발전한 현재는 인간이 필요한 다양한 성질의 플라스틱이 개발되어 있습니다.

보통은 자연물 대비하여 열에 약한것이 흠이며 100 ~ 140 ℃ 사이에서 녹거나 타거나 형상이 변형되는 것이 대부분입니다.

산업에서도 굉장히 많이 사용되는데 금속과 비교해서 선택이 결정됩니다.

제가 산업에서 사용했던 플라스틱과 그 특성에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

같은 플라스틱이라도 제조업체마다 성능이 크게 다른 경우도 있어 물성치는 참고만 해주세요.

(신기술이 계속 발달하여 더 좋은 제품이 있기도 합니다. 일반적인 경우로 알아주세요.)

※ 하기 제가 아는 생산회사를 정리해 두기는 했지만 같은 계열 플라스틱을 만들어도 회사마다 전혀 성능이 다른 경우가 많습니다. 소개하는 의미로만 알아두세요.

① 폴리카보네이트 (Polycarbonate, PC)

탄산염을 중합하여 만들어진 열가소성 플라스틱입니다.

플라스틱 치고는 단단하고 충격성도 좋은데다가 투명하게 제조할 수도 있습니다. 

강도 내구성 특성이 우수한 앤지니어닝 플라스틱에 포함되어 산업용으로 적합하여 많이 사용하고 있습니다.

강도/가공성이 우수하여 정밀성이 요구되는 지그, 자동차용 부품에 이르기까지 다양하게 활용합니다.

투명한 정도가 유리를 대체할 수 있을 정도로 균일해서 렌즈로 사용합니다.

금형을 사용해서 비구면의 자유형상을 대량으로 만들 수 있는 장점이 있습니다.

소형으로 강력한 성능이 나와서 휴대폰 시장등 여러분야에서 사용됩니다. 

특징 : 높은 투명성, 충격 강도, 내열성

용도 : 자동차 창, 전기전자 부품, 방탄 유리

< 주요 생산회사 >

LG Chem(한국), 한화솔루션(한국),  삼양사(한국), 

Covestro (독일), SABIC (사우디아라비아), Mitsubishi Chemical (일본)

<주요 물성>
밀도: 1.2 g/㎤ 
인장 강도: 60 ~ 70 ㎫
열변형 온도: 135 ~ 150 ℃

② 폴리염화비닐 (Polyvinyl Chloride, PVC)

파이프를 만드는 용도로 잘 알려지고 실제로도 공사현장 같은 곳에서 많이 볼 수 있는 플라스틱입니다.

단단하고, 마모에 강하면서 유연한 성질이 장점으로 여러분야에 많이 들어갑니다.

강도가 강한 것은 장점이나 열에 약한 것이 단점 때문에 정밀제조나 변형에 약해서 사용처가 제한되는 면도 있습니다.

장점이 더 많기 때문에 여러분야에 걸쳐서 많이 사용하다보니 가격이 저렴합니다.

특징 : 내화학성, 내후성, 저비용

용도 : 건축 자재(파이프, 창틀), 바닥재, 의료 튜브, 전기절연용 튜브

< 주요 생산회사 >

LG Chem(한국), 한화솔루션(한국), 

Shin-Etsu Chemical(일본), Formosa Plastics (대만), Westlake Chemical (미국)

< 주요 물성 >
밀도 : 1.3~1.45 g/㎤
인장 강도 : 30 ~ 50 ㎫
열변형 온도 : 60 ~ 85 ℃

③ 폴리에틸렌 (Polyethylene, PE)

열가소성 플라스틱입니다. 일회용품과 포장재에 많이 사용되는 플라스틱입니다.

따라서 일상에서 가장 많이 마주치게 되며 플라스틱하면 폴리에틸렌을 떠올리는 경우가 많습니다.

제조에 따라 밀도가 달라지고 다양한 분류가 있지만 전체적으로 일회용품에 사용됩니다.

플라스틱 같은 경우 공기가 완전히 차폐되지 않는 것들이 많은데 폴리에틸렌은 두께가 얇아도 기밀성이 우수합니다.

이런 기밀성과 우수한 내 화학성 때문에 고밀도의 폴리에틸렌(HDPE)은 의료용으로도 채용이 가능합니다.

특징 : 우수한 유연성, 내수성, 낮은 밀도

용도 : 비닐봉투, 포장재(필름, 병), 파이프, 전선 피복

< 주요 생산회사 >

LG Chem(한국), 롯데케미칼(한국), 한화토탈에너지스(한국), SK GEO centric(한국)
Dow Chemical (미국), Chevron Phillips (미국), SABIC (사우디아라비아)

< 주요 물성 >

밀도 : LDPE(0.91 ~ 0.94 g/㎤ ), HDPE(0.94 ~ 0.97 g/㎤ )

인장 강도 : 10~50 ㎫

열변형 온도 : 50~80 ℃

내화학성 우수

④ 폴리프로필렌 (Polypropylene, PP)

석유에서 얻어진 프로필렌을 중합해서 만들어지는 것으로 상당히 초기부터 만들어진 플라스틱입니다.

밀도도 가볍고 융점이 높아 내화학성이 높아서 다용도로 사용되지만 착색이 어려운등 완제품에서는 외면받기 쉽습니다.

융점이 약 130 ~ 170 ℃ 는 사막의 매우 더운 날에 극단적인 조건에 있는 차량 내부의 순환이 안되는 곳이,

110 ℃까지 상승한다는 연구데이터가 있는데 이 정도 악조건이 거의 없으니 지상에서는 대부분 사용가능합니다.

특히 접힘 구조등에서 자유로운 점은 큰 장점 때문에 포장재나 디자인에 자유로운 내부부품에 많이 사용됩니다.

복잡한 구조가 필요한 산업체에서 일한다면 자주 접할 수 밖에 없는 플라스틱입니다.

특징 : 가벼움, 내화학성, 내충격성, 높은 열변형 온도

용도 : 자동차 부품, 포장재, 가전제품, 의료기기

< 주요 생산회사 >

LG Chem(한국), 롯데케미칼(한국), 한화토탈에너지스(한국), SK 지오센트릭(한국)

ExxonMobil (미국), SABIC (사우디아라비아), LyondellBasell (네덜란드)

< 주요 물성 >

밀도: 0.89 ~ 0.91 g/㎤

인장강도 : 20 ~ 40 ㎫

(유리섬유 강화재질) : 50 ~ 100 ㎫

열변형 온도: 110 ~ 120 ℃

높은 피로 저항성

⑤ 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE, 테플론)

비가역성의 많은 분자들이 사슬 구조로 연결된 형태를 가진 플라스틱입니다.

청결하고 플라스틱이라고는 생각되지 않을 정도로 신뢰성이 높아 식품 포장등에 사용됩니다.

프라이팬이나 우산에 코팅을 할 정도로 유용한 재질입니다.

테플론으로 만든 소재는 잘 변하지 않아서 산업현장에서 지그나 기준자로 사용되기도 합니다.

제조가 어려워 비싸고 널리 사용되지 않지만, 그만큼 가능성이 높은 소자입니다.

개인적으로도 기술이 발전하여 범용적으로 사용하기를 기대하고 있는 소재이기도 합니다.

특징 : 우수한 내열성, 낮은 마찰 계수, 내화학성

용도 : 코팅, 개스킷, 화학 장비

< 주요 생산회사 >

한국화학연구원(한국), 일진머티리얼즈(한국 - 코팅제 개발)

Chemours (Teflon, 미국), Daikin (일본), 3M(미국)

< 주요 물성 >
밀도 : 2.2 g/㎤

인장강도 : 21 ~ 28 ㎫
사용 온도 범위 : - 200 ~ 260 ℃ - 형상 변화온도를 정확하게 모르겠어요.
마찰 계수 : 매우 낮음 (0.05~0.1)

⑥ 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌 (ABS)

스타이렌(styrene), 아크릴로나이트릴(acrylonitrile), 뷰타다이엔(1,3-butadiene)의 세 성분을 중합한 중합체입니다.

중합비율에 따라서 그 물성이 조금씩 달라지지만 가장 큰 특성은 뛰어난 강도입니다.

높은 내충격성 함께 접착제에 붙는 접착성이 뛰어나 자동차 내장재로 많이 사용됩니다.

다만 시간이 지나면 혹은 태양에 노출되면 색상이 변하는 문제로 외장재로 사용할 때는 도색으로 표면을 보호해야 합니다.

특징 : 우수한 충격 강도, 가공성, 표면 마감 품질

용도 : 전자제품 외관, 자동차 내외장재, 장난감

< 주요 생산회사 >

LG Chem(한국), 롯데케미칼(한국), 삼양사(한국)

INEOS Styrolution (독일), Chi Mei Corporation (대만), Trinseo (미국)

< 주요 물성 >

밀도 : 1.04 ~ 1.06 g/㎤

인장 강도 : 40 ~ 60 ㎫

열변형 온도 : 80 ~ 100 ℃

⑦ 나일론 (폴리아미드, Polyamide, PA)

폴리아미드는 아마이드 결합인 -CONH-로 연결된 중합체의 총칭입니다.

가장 대표적인 나일론은 의복의 일종이 기모를 만드는 용도로 사용하는 소재라는 것이 널리 알려져 있습니다.

마찰에 강하고 탄력이 있으며 마찰이 적으면서 강도는 높은 의복으로서 이상적인 재질을 가지고 있습니다.

크게 상용화는 안되었지만 일부 제작된 제품중 금속보다 끊기 힘든 재질도 있다고하니 오래된 소재지만,

아직 발전 가능성이 높다고 할 수 있습니다.

특징 : 높은 기계적 강도, 내열성, 내마모성

용도 : 기어, 베어링, 자동차 엔진 부품

< 주요 생산회사 >

효성첨단소재(한국), 도레이첨단소재(한국)

BASF (독일), DuPont (미국), DSM (네덜란드)

< 주요 물성 >

밀도 : 1.14~1.15 g/cm³

인장강도 : 75~100 ㎫

내열성 : 200°C 이상

우리는 일상생활에서 일과 에너지라는 단어를 많이 사용합니다.

또 과학에서 일(Work)과 에너지(Energy)가 생활에서 사용할 때와 다른 의미로 활용되는 것을 알고 있습니다.

그런데 이게 숫자로 적혀 있다 보니 딴세상 이야기처럼 느껴질 때가 많습니다.

오늘은 이 개념에 대해서 좀더 느낄 수 있게 감각적으로 보여드리려고 합니다.

※ 아래의 내용의 예시는 개념만을 잡기위해 특정 연구결과나 일반적인 환경을 기반합니다. 정확한 데이터가 필요하시면 따로 조사하시기 바랍니다.

① 일과 1 뉴턴(N)

먼저 개념을 좀 살펴보겠습니다.

일을 정확하게 이야기 하려면 어떤 "대상의 상태를 변경하는 물리량"을 말하게 됩니다.

기준이 되는 단위를 뉴턴(N)이라고 하고 의미는

"1 N은 1 kg의 질량을 가진 물체에 1 m/s²의 가속도를 가할 때 필요한 힘"입니다.

② 에너지

"에너지는 일을 할 수 있는 능력"을 의미합니다.

테이블 위에 있는 공은 바닥으로 떨어질 수 위치에너지를 가지고 있다 할 수 있습니다.

공이 떨어지면 위치에너지가 운동에너지로 전환됩니다

에너지가 사되어 위치에너지는 형태는 없어지게 되는 것이죠.

조금 더 개념적으로는 가능성(잠재력, potential energy)이 있는 상태라고 할 수 있습니다.

차에 연료가 있으면 에너지를 가지고 있는 것이고 연료를 사용해서 이동하는 일을 할 수 있는 것입니다.

③ 에너지의 단위 1줄

에너지가 있으면 에너지를 활용해서 일을 해야 합니다.

일을 수치화시키니 위한 단위는 J (줄)입니다.

"1 J(줄)는 1 N(뉴턴)의 힘을 물체에 가하여, 그 방향으로 1 m 이동시킬 때 필요한 에너지"입니다.

수식으로 나타내면 아래와 같습니다. 

여기까지 어렵다고는 하기 어렵지만 "그래서 어느 정도인가?"하는 부분이라면 의문이 생깁니다.

1 kg까지는 조금 감각이 있어도 1 N만큼은 어느정도인가? 하기 때문이죠.

하지만 개념적으로 1 N은 아주 작은 양인 만큼 현실에서는 예를 들어들이겠습니다.

④ 현실에서의 각종 에너지의 양

이 포스팅의 본론으로 들어가서 에너지의 양을 대략적으로 나타내 보겠습니다.

현실에 있는 각종 현상을 에너지로 나타내겠지만 상황에 따라 많이 다를 수도 있다는 점을 먼저 이야기 해둡니다.

1 J : 모기가 날아다니는데 사용하는 에너지

물론 시끄럽기는 엄청나지만 모기는 실수로 부딪이더라도 모를 정도이고 선풍기 바람에도 날아갑니다.

이 모기가 한번 날아다는데 사용하는 에너지가 대략 1 J 정도라고 합니다.(특정 연구의 결과입니다.)

물론 죽을 만큼 사력을 다해서 더 날아갈 수는 있지만 몇 m 날아다니면 멈추게 됩니다.

10 J : 물통(1 L)을 들고 바닥에서 입로 이동(1 m) 하는 에너지

중간정도 크기의 물통을 들고 입으로 이동하는 에너지가 10 J 정도 됩니다.이정도는 일상적으로 자주사용하는 에너지입니다. 

100 J : 10 ㎏ 짜리 쌀 포대등 물건을 가슴높이인 약 1 m 들어올리는데 필요한 에너지입니다.

이 정도는 느낌이 오시나요?

일상에서 자주 체감할 수 있는 정도의 일의 양입니다.

단, 이 값은 지구 중력 기준이며, 달이나 다른 천체에서는 다르게 계산됩니다.

500 J : 축구선수가 약간 빠른 패스(30 ㎞/h)를 할때의 에너지입니다.

찰 때 그 순간 사용하는 에너지를 이야기 합니다. 차는 방식에 따라서 달라질 수 있습니다.

1,000 J : 계단을 한칸 올라가는 에너지

이제 1 kJ의 단위입니다. 굉장히 대략적인 값입니다.

왜냐면 사람의 질량이나 계단의 높이가 다르기 때문이죠.

보통 그렇다고 생각하면 됩니다.

10,000 J : 전자렌지가 10 초 동안 사용하는 에너지

전자제품이 일상적으로 얼마나 에너지를 많이 쓰는지, 좀 절약해야 합니다.

1000 W 전자레인지는 1초에 1000 J, 10초간 10,000 J의 에너지를 소비합니다.

요즘 전자렌지는 출력을 조절할 수 있기는 합니다.

100,000 J : 보통 성인 남성이 30초동안 전력질주 하는 데 사용하는 양

물론 사람을 달리게 되면 심장도 빠르게 뛰고 체온도 올라감으로 더 많은 에너지를 소모하게 됩니다.

그저 달리기에 사용되는 에너지만 따지만 그렇다는 것입니다.

1,000,000 J : 햄버거 하나의 에너지.

옵션 없는 가장 작은 햄버거를 의미합니다.(= 약 240 kcal)

보통의 햄버거 가계에서 가장 작은 버거를 사면 이정도입니다.

먹는 것에 에너지는 무섭습니다.

3,200,000 J : 1기압에서 상온 25 ℃의 1 ㎏ 물을 100 ℃로 끓이는데 필요한 에너지

물 하나 끓이는데 참 많은 에너지가 소요됩니다.

누가 따뜻한 물을 준다면 이제 고맙게 먹어야 하겠죠.

⑤ 큰 에너지의 예시

일상에서 알아볼 수 있는 에너지는 위에서 소개한 스케일입니다.

영화에서 많이 나오는 폭탄의 대명사인 TNT(삼염화톨루엔) 같은 큰 에너지는 단위가 달라집니다.

TNT 1 ㎏만 해도 4.184 MJ = 4.184 x 10⁶ J입니다.

위에 나온 예로 들면 1 ㎏ 만해도 그냥 십 수어키로의 물을 한순간에 증발시키는 거니 직격으로 맞으면 큰 에너지입니다.

그리고 일반적인 폭탄보다 강력한 핵폭탄은 상상도 못할 에너지를 가지고 있습니다.

히로시마에 투입된 리틀보이의 경우 15 킬로톤(kT)의 에너지를 가지며,

J로 나타내며 15kT = 62.76 TJ = 6.276 x 10¹⁰ J입니다.

일상에서는 감히 상상할 수 있는 양이 아니죠.

알려진 바 현 최강의 핵폭탄인 차르봄바는 이 에너지도 차원이 다릅니다.

무려 2.092 x 10¹⁷ J인 209.2 페타줄(PJ)이라는 단위를 사용해야 합니다.

세상이 무너지는 것 같은 에너지이죠. 부디 영원히 사용하지 않았으면 좋겠습니다.

목차

1. 철(Steel)

2. 알루미늄(Aluminum)

3. 스테인리스강(Stainless Steel)

4. 금속의 주요특성

5. 주로 사용되는 용도의 예

이미 세상에는 많은 물건들이 금속으로 만들어져 있습니다.

금속은 일반적으로 단단하고 광택이 있으며, 은색 또는 회색 계열이고, 열과 전기를 잘 전달하는 소재를 말합니다.

화학적으로는 상온상태에서 고체이며, 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 성격을 가진다고 합니다.

역사적으로도 금속을 다루기 시작하면서 문명이 발전되었다고 볼 수 있을 정도로 중요한 소재입니다.

과거에는 청동기나 철기를 얼마나 잘 다루냐에 따라서 무기가 되어 주고 농기구나 건축의 질도 향상되었습니다.

지금은 금속을 제조하고 다루는 능력은 소프트웨어의 발전으로 명성이 바랜면이 있습니다.

하지만 여전히 놀라울 정도로 국가의 경쟁력과 밀접한 관련이 있습니다.

금속 중에 많이 사용되는 강철(Steel), 알루미늄(Aluminum), 스테인리스강(Stainless Steel)에 대해서 알아보겠습니다.

1. 철(Steel)

철은 화학기호 Fe를 가진 원소로, 지각에서 매우 풍부하게 존재하며 널리 활용되는 금속입니다.

지각에서는 산소, 규소 다음으로 풍부하며, 철광석에서 쉽게 추출할 수 있어 대규모로 생산됩니다.

그래서 가장 저렴한 축에 들어가는 금속입니다.

철은 만드는 과정에서 탄소를 얼마나 포함하느냐에 따라서 특성이 달라지고 여러가지 합금이 존재합니다.

탄소(C)를 주 합금 원소로 포함한 철(스틸)을 탄소강이라고 합니다. 

탄소 함량에 따라 저탄소강, 중탄소강, 고탄소강으로 나뉩니다.

• 장점 :
  - 높은 강도와 경도를 가지고 있어서 하중을 많이 받는 지그 제작에 적합합니다.
  - 가공이 비교적 쉽고 절삭하여 형상을 만들고 용접에 의해서 제품을 만들었을 때 완성도도 높습니다.
  - 열처리를 통해 경도를 높일 수도 있고 이 후처리 과정을 통해 내마모성이 우수하게 형성될 수 있습니다.
  - 소재자체가 대량으로 생산되며 가공하는 기술과 설비도 잘 발달되어 있어 경제적으로 사용할 수 있습니다.
  - 비교적 열팽창계수가 작습니다. 강도가 강한 것과 조합해서 극한 환경에 적합합니다.
• 단점 :
  - 산소나 물에 노출되면 부식에 취약하기 때문에 도금이나 도장을 통해 부식을 방지해야합니다.
  - 스트레스에는 강하지만 이 표면처리가 손상될 경우 부식이 시작됨으로 마냥 쉽게 취급할 수 없습니다.
  - 무게가 무거워서 여러 개 파트를 조립해 대형으로 제작할 경우 구조물이 매우 무거워집니다.
  - 하중을 미리 고려하지 않으면 사고로 이어질 수도 있고 한번 조립 이 후 이동이 어려운 경우가 많습니다.

2. 알루미늄(Aluminum)

원자번호 13번의 원소로, 기호는 Al입니다.

지각에서는 철보다 흔하게 존재하는 물질이나 산소와 쉽게 반응하는데다가 산화서열이 높습니다.

그래서 순수한 알루미늄을 얻어내기 힘들어 역사 대부분 상당한 고가 혹은 마법적인 물체 취급을 받았습니다.

하지만 19세기 들어서 전기를 사용한 생산법이 발견되면서 생산을 할 수 있게 되었습니다.

알루미늄을 생산하는 데는 많은 전력이 필요하기 때문에, 전기를 확보하는 것이 중요한 요소입니다.

그래서 새로운 알루미늄을 체굴하는 것보다는 재활용이 더 싸다고 하네요.

물론 재활용도 대규모로 이루어져야 싼 것이기 때문에 분리수거를 아주 잘해야 효율 높은 재활용을 할 수 있습니다.

• 장점 :
  - 강도에 비해서 상당히 가벼운 장점을 가지고 있어서 범용적으로 사용됩니다.
  - 가공성이 좋아서 다양한 형사으로 제작할 수 있습니다.
  - 자연적으로 산화층이 표면을 보호하여 내식성이 우수합니다.
  - 열전도성이 좋아서 기계의 열을 낮추는 방열소재로도 사용됩니다.
• 단점 :
  - 철에 비해서는 강도가 낮아서 큰 하중을 버티기 어려워 알루미늄만으로 대형제작물을 만들기 적합하지 않습니다.
  - 경도가 낮아서 오랜기간 사용하면 마모되는 것을 볼수도 있고요.
  - 합금의 종류가 상당히 다양한 특성을 가지고 있지만 일부 합금은 가격이 비쌉니다.
  - 열팽창계수가 흔히 사용되는 금속중에서는 큰 편입니다. 설계를 할때 주의해서 열보상 해야 합니다.
  - 열처리 후에 안정성에서 차이가 많이나는 금속이라 일부 회사에서는 노하우에 대한 비용을 높게 책정합니다.

3. 스테인리스강(Stainless Steel)

스테인리스 강은 철의 합금의 한종류이나 그 성능이 우수하여 널리 사용됩니다.

일상에서는 약칭이 스텐, 스뎅 이라고 불리고 공장에서는 서스(SUS)라고 부르기도 합니다.

철의 부식성을 개선하기 위해 크롬(Cr)을 주합금 원소로 사용한 합금으로,

자연적으로 산화피막이 형성되어 녹이 잘 슬지 않습니다.

단단하고 부식성/반응성이 적어 부식되지 않을 뿐 아니라 오염에 노출되더라도 비교적 쉽게 세척됩니다.

열전도율이 낮아 과열을 방지할 수 있어, 조리기구나 화학 설비 등에 활용됩니다.

• 장점 :
  - 내식성이 우수하여 습기에 노출되는 환경에 적합합니다.
  - 높은 강도와 내마모성을 가지고 있습니다.
  - 충격을 가하지 않고 가만히 두어서는 거의 변하지 않고, 먼지등을 닦아내면 그대로 사용이 가능해서 유지보수에 장점이 있습니다.
• 단점 :
  - 철을 합금해서 만들었기 때문에 비교적 재질이 비쌉니다.
  - 가공이 상대적으로 어렵고, 철보다는 가볍지만 무겁습니다.
  - 합금이기 때문에 고경도 모델이 따로 존재하고 더욱 비싸고 가공도 어렵습니다.

※ 제 경험상 논의가 된 적이 많은 점에 대해서 굵게 표시했습니다.

4. 금속의 주요특성

동일한 금속도 합금의 미묘한 비율, 열처리에 따라서 달라집니다.

회사의 품번마다 기본적으로 특성이 다르고, 재료를 가공해서 사용할 때 또 다릅니다.

특히 알루미늄은 사용하는 소재명(예 AL6061)을 확인하여 확인을 해야합니다.

기본적으로 이정도에 형성되어 있다고 보시면 될 것 같습니다.

따라서 모든 수치가 대략적임을 알려드립니다.

표를 작성하다보니 마치 알루미늄이 약하다는 식으로 적어두었지만 금속이기 때문에 상당히 단단합니다.

그저 같은 금속끼리 비교했을 때 비교적 약하다는 것 뿐입니다.

일상적인 사용에서는 모두 단단한 금속으로 인식되지만,

정밀공정에서는 수 마이크로미터(㎛) 단위의 차이도 중요한 영향을 미칠 수 있습니다.

따라서 소재 특성을 정확히 파악하고 선택하는 것이 중요합니다.

5. 주로 사용되는 용도의 예

같은 용도로 철, 알루미늄, 스테인리스 다 사용할 수도 있기는 합니다.

일상에서 사용하는 것은 아마 스테인리스강으로 많이 커버 될 것입니다.

공정이나 직업적으로 물건을 사용할 때는 소재의 특성을 잘 살린 전문제품이 필요합니다.

① 철(Steel)

철은 강도와 내구성이 필요한 경우에 많이 사용됩니다.

특히 사용할 때 대량으로 쓰는 경우가 많은데 가격이 저렴하면서도 성능이 확실한 금속입니다.

자동차의 차체, 철도의 차체, 선박의 주요 구조물 등 강도가 중요한 운송수단에 사용됩니다.

건물과 다리, 붕괴되었을 때 치명적인 영향이 있는 구조물에는 내구성 높은 철근을 많이 사용합니다.

기계 및 중장비에서 많이 사용하는데, 무거운 물건을 들어야 하는 장비나 농기계등 산업용 장비에 많이 사용됩니다.

② 알루미늄(Aluminum)

알루미늄은 가볍기 때문에 경량화가 필요하거나 정밀한 형상이 필요할 때 사용합니다.

가공성이 높기 때문에 다양한 분야에서 골고루 사용되며 다른 금속을 대체하기도 합니다.

항공이나 우주, 가벼운 특성을 살려서 비행기나 드론에 많이 사용합니다.

강도가 필요한 부분은 철을 사용하고 그렇지 않는 부분은 알루미늄을 사용해 가볍게 합니다.

산업현장에서 사용되는 형상이 복잡하면서 사람이 사용하는 일반 조립지그류에 많이 쓰입니다.

자동차에도 움직이는 부분에 사용해서 표면이 상했을 때 내식성이 강한 특성을 살리고 경량화에도 도움이 됩니다.

얇게 가공하기 쉬워 음료 캔도 전부 알루미늄으로 만듭니다.

건축에는 창틀처럼 표면이 상하기 쉬운 곳에 설치합니다.

열전도율이 높아서 컴퓨터나 노트북의 방열판으로도 체택되고는 합니다.

③ 스테인리스강(Stainless Steel)

스테인리스강은 뛰어난 위생이나 녹슬면 안되는 곳에서 적합하게 사용됩니다.

고경도로 제작 가능함으로 필요한 경우 고성능으로 제작합니다.

주방기기에 단연 탑으로 많이 사용됩니다. 물과 거의 함께 사용하기 때문에 적합합니다.

의료기기에도 많이 사용되되며 수술 도구 같은 경우 고경도의 스테인리스를 사용합니다.

그리고 스테인리스는 외관이 뛰어난 특성을 살려 건축 마감제나 계단등에 적용하곤합니다.

자동차의 배기 시스템, 건물의 환기시스템등 부식되기 쉬운 부분에 금속으로 좋은 선택입니다.

빛으로 대표되는 전자기파는 일반적으로 생각할 때 진공에서 진행을 합니다.

그러나 물 속이나 유리를 통해서도 진행을 하는데 매질에 따라 빛의 속도가 변합니다.

진공에서 광속과 매질에서의 광속의 비율을 굴절율(n)이라고 합니다.

이 굴절율이 변경되는 경계에서는 빛의 반사와 투과가 이루어 집니다.

입사되는 에너지 대비 반사되는 에너지의 비율을 반사율이라고 하고,

프랑스의 물리학자 오귀스탱 장 프레넬의 이름을 따서 프레넬 방정식(Fresnel equations)이라고 부릅니다.

표면에 대해 빛의 진동방향이 수직 방향은 S파, 수평 방향은 P파로 편광을 정의할 수 있는데요.

반사/투과 특성이 편광에 따라 대해서 다르게 정리되어 있습니다.

이때 입사각 θi = 반사각 θr입니다.

① 반사 투과 계수

먼저 반사 투과 계수에 대해서 알아보겠습니다.

반사 투과계수는 빛의 전자기파에서 전자파의 진폭의 세기를 이야기 합니다.

일반적인 항으로 입사각과 투과(굴절)각을 모두 사용합니다.

※ R : 반사계수, T : 투과계수, ⊥ : 수직성분(S파), || : 수평성분(P파), θi : 입사각, θt : 투과각

<수직방향 S파의 반사/투과>

<수평방향 P파의 반사/투과>

② 반사 투과 계수 - 입사각으로 계산하기

위에서는 반사될 때와 입사(굴절)될 때가 있어 두 각도를 모두 사용했습니다.

투과(굴절)각 만으로 정리 하면 조금 간단하게 되기도 합니다.(측정을 한번만해도 되니까요)

스넬의 법칙과 삼각함수를 조합하여 정리한 것으로 만일 계산이 틀렸다면 댓글 달아주세요.

※ R : 반사계수, T : 투과계수, ⊥ : 수직성분(S파), || : 수평성분(P파), θi : 입사각, θt : 투과각

<수직방향 S파의 반사/투과 계수> - 입사각으로 계산하기

<수평방향 S파의 반사/투과 계수> - 입사각으로 계산하기

③ 반사율과 투과율

위에서 반사와 투과 계수의 공식을 풀었습니다.

우리가 실험할 때 관심이 있는 것은 반사율과 투과율입니다.

입사 전에 에너지인 I₀에서 반사되는 에너지의 비율을 반사율(R) 투과되는 에너지는 투과율(T)이라고합니다.

반사율과 투과율은 반사/투과 계수에서 계산이 가능합니다.

반사는 표면에서 바로 되지만 투과율은 매질을 통과함으로 영향을 받아 결과가 다릅니다.

위의 계산으로 각도별 반사율을 보면 아래와 같은 그래프를 얻을 수 있습니다.

실생활에서 혹은 실험현장에서 우리는 거의 반사율/투과율 개념으로 이야기를 합니다.

하지만 문서나 논문에서 계수에 대해서 나오더라도 혼돈하면 안되겠습니다.

다른 일을 하다가 오랜만에 공식을 보면 저도 착각하기도 하거든요.