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일반물리학(HALLIDAY)Ⅱ
김희수 교수
단국대학교 대학원 응용물리학과 석사과정
단국대학교 대학원 응용물리학과 박사졸업
단국대학교 대학원 응용물리학과 석사과정
단국대학교 대학원 응용물리학과 박사졸업
단국대학교
현) 유니와이즈 전임교수
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총 23개 챕터, 49강으로 구성되어 있습니다.
| 제목 | 강의시간 | 상세내용 |
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| 21장. Coulomb의 법칙 | ||
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[1강] Coulomb의 법칙
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Coulomb의 법칙과 전하의 특성
• 전하 기초 개념: 양전하·음전하 및 도체·절연체 특성을 통해 전하의 정의, 대전 현상, 상호작용 원리 이해 • 쿨롱의 법칙: 대전된 전하 간 전기력 크기 및 방향($F=k \frac{q_1 q_2}{r^2}$) 정량화, 여러 전하의 벡터 합력 계산 • 전하의 양자화 및 보존: 전하량은 기본전하량의 정수배로만 존재하며, 고립계 내 총전하량은 항상 보존됨 |
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| 22장. 전기장 | ||
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[2강] 전기장 (1)
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전기력과 전기장 개념 및 쌍극자 전기장
• 전기장: 단위 전하당 힘으로 정의되는 벡터장이며, 전기장선을 통해 전하 분포 주변의 힘 방향과 세기 시각화. • 점전하 전기장: 거리 제곱에 반비례하며, 여러 전하의 전기장 계산 시 벡터 합인 중첩원리 적용. • 전기쌍극자: 크기 같고 부호 반대인 두 전하 배열로, 전기쌍극자모멘트는 음전하에서 양전하 방향으로 정의되는 물리량. |
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[3강] 전기장 (2)
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연속 전하 분포 및 전기장 내 쌍극자 운동
* **연속 전하 분포:** 선전하밀도·면전하밀도를 통해 미소 전하량 정의, 이를 적분하여 원형고리·원판의 전기장 및 무한 평면판의 균일 전기장을 유도. * **균일 전기장 내 대전입자 운동:** 대전입자가 등가속도 운동하는 원리를 분석하고, 힘($F=qE$)과 가속도($a=qE/m$) 관계를 설명. * **전기쌍극자:** 전기쌍극자모멘트($\vec{p}$) 정의 및 균일 전기장 내에서 발생하는 돌림힘($\vec{\tau} = \vec{p} \times \vec{E}$)과 퍼텐셜에너지($U = -\vec{p} \cdot \vec{E}$)의 원리 분석. |
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| 23장. Gauss의 법칙 | ||
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[4강] Gauss의 법칙 (1)
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가우스 법칙과 전기다발 개념 및 적용
• 가우스 법칙: 폐곡면을 통과하는 전기장(전기다발)과 내부 알짜 전하량의 관계($\Phi = q_{enc}/\epsilon_0$)를 통해 대칭적 전기장 계산. • 전기다발 정의: 면적을 통과하는 전기장 흐름의 정량적 표현으로, 적분 형태로 계산하며 가우스 법칙의 핵심 요소. • 쿨롱 법칙 유도: 가우스면의 전략적 설정을 활용하여 점전하의 전기장을 쿨롱 법칙과 동일하게 증명. |
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[5강] Gauss의 법칙 (2)
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47:
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가우스 법칙 적용: 선, 면, 구 대칭 전하 분포 및 도체
* 가우스 법칙: 선, 면, 구 대칭 전하 분포 및 도체 주변의 전기장 계산 원리 및 가우스면 설정. * 대칭 전하 분포 전기장: 선전하, 면전하, 구전하(구껍질, 부피)별 가우스면 활용 전기장 유도 및 특성 분석. * 대전된 도체: 과잉 전하의 표면 분포, 도체 내부 전기장 0의 특성 및 표면 전기장($E=\sigma/\epsilon_0$) 계산. |
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| 24장. 전기퍼텐셜 | ||
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[6강] 전기퍼텐셜 (1)
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전기 퍼텐셜 개념 및 응용
• 전기 퍼텐셜: 단위 전하당 퍼텐셜 에너지로 정의되며, 전기장과의 관계 및 전하의 역학적 에너지 보존 원리 설명 • 등퍼텐셜면: 동일 전위의 면으로 전기장선에 항상 수직이며, 전위차는 전하 이동 경로에 무관함 • 점전하 및 전기 쌍극자 퍼텐셜: 점전하는 거리에 반비례하며 스칼라 합산, 쌍극자는 쌍극자 모멘트를 통해 계산 |
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[7강] 전기퍼텐셜 (2)
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56:
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전기퍼텐셜 (2)
* 전기퍼텐셜 계산: 연속 전하분포(선전하, 면전하)의 미소 퍼텐셜 적분 및 대전 입자계 퍼텐셜 에너지 합산 원리. * 전기장 유도: 퍼텐셜의 편미분(음의 기울기)을 통한 전기장 성분 도출 및 역학적 에너지 보존 법칙 적용. * 대전 도체 퍼텐셜: 전하 분포 특성 기반 도체 내부 및 표면 퍼텐셜의 동일성 원리 분석. |
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| 25장. 전기용량 | ||
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[8강] 전기용량 (1)
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전기용량 개념 및 여러 형태 축전기 계산
* **전기용량 개념**: 전기에너지 저장 소자인 축전기의 전하 저장 능력 $q=CV$ 정의 및 페럿(F) 단위 이해. * **전기용량 계산**: 가우스 법칙을 통한 전기장 유도 및 전위차 $\Delta V = -\int \vec{E} \cdot d\vec{s}$ 계산으로 $C=q/V$ 공식 유도 원리. * **각 축전기 전기용량**: 평행판, 원통형, 구형 축전기의 기하학적 구조(면적, 길이, 반지름, 간격)에 따른 전기용량 공식 분석. |
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[9강] 전기용량 (2)
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47:
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전기용량의 직병렬 연결 및 전기장 에너지
* 축전기 연결 원리: 직렬 및 병렬 연결 시 등가용량 $C_{eq}$ 계산 절차와 전하·퍼텐셜 특징 이해. * 축전기 에너지: $U=(1/2)CV^2$ 공식으로 축전기 저장 에너지 정의 및 전기장 에너지밀도 $u=(1/2)\epsilon_0 E^2$ 개념 분석. * 전기 회로 변화 분석: 전지 연결 유무에 따른 축전기의 전하량, 전위차, 전기장, 용량, 에너지 변화 분석. |
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[10강] 전기용량 (3)
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43
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전기용량과 유전체: 원리 및 응용
• 유전체 삽입 축전기: 유전상수 $\kappa$를 통해 전기용량 증가, 퍼텐셜 및 전기장 감소 현상과 그 원리 분석. • 유전체 미시적 원리: 분극과 유도 전기장 발생으로 외부 전기장이 약화되는 과정 및 유전율 정의. • 축전기 주요 공식: 다양한 형태의 전기용량, 직렬/병렬 연결 등가용량, 퍼텐셜 에너지 계산법 요약. |
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| 26장. 전류와 저항 | ||
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[11강] 전류와 저항 (1)
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전류, 전류밀도 및 유동속력
• 전류 개념: 도체 내 전하 흐름 현상으로, 단위 시간당 전하량 변화($i = dq/dt$) 및 양전하 이동 방향 기준 정의 • 전류밀도: 전하 흐름의 방향성 및 밀도를 나타내는 벡터량으로, 단위 면적당 전류($J = i/A$)와 전류 간의 적분 관계($i = \int \vec{J} \cdot d\vec{A}$) 분석 • 유동속력: 전하 운반자의 실제 평균 이동 속력($v_d = J/ne$)으로, 전기장 전달 속도와 대비되는 물리적 의미 및 산출 과정 이해 |
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[12강] 전류와 저항 (2)
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52:
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전류와 저항 및 전력 개념
* 저항 및 비저항: 도체의 전류 흐름 방해 특성인 저항($R=V/i$)과 물질 고유 특성인 비저항($\rho=E/J$) 정의 및 $R=\rho L/A$ 관계. * 옴의 법칙: 전류와 퍼텐셜차의 정비례 관계인 옴의 법칙 성립 조건(R 상수)과 미시적 관점에서의 비저항 $\rho = m/(e^2 n \tau)$ 유지 원리. * 전력: 전기에너지 전달률인 전력($P=iV$)의 정의와 저항에 따른 $P=i^2R$, $P=V^2/R$ 계산 공식. |
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| 27장. 회로이론 | ||
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[13강] 회로이론 (1)
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49:
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단일고리회로 기본 개념 및 키르히호프 전압규칙
• 기전력(EMF) 및 키르히호프 전압규칙: 단일고리회로에서 전하에 에너지를 공급(EMF)하고, 회로 내 모든 퍼텐셜 변화의 합이 0임을 정의(KVR). • 내부저항 및 저항의 직렬연결: 실제 기전력 장치의 내부저항은 회로 전류와 퍼텐셜 강하를 발생시키고, 직렬 저항의 등가저항은 각 저항의 합. • 회로 전위 및 일률 분석: 두 점 사이 퍼텐셜차는 경로에 무관하며, 접지는 기준 전위를 설정하고, 기전력의 일률은 에너지 공급 및 소비를 정량화. |
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[14강] 회로이론 (2)
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54:
02
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다중고리회로 및 저항의 병렬 연결
* **키르히호프 법칙**: 다중고리회로의 접합점 전류 보존 및 닫힌 고리 전압 합 0 원리를 통해 미지 전류 계산 절차 분석. * **저항 병렬연결**: 동일 전압 특징과 등가 저항 역수 합산 계산법, 축전기 공식과의 크로스 관계 분석. * **전류계와 전압계**: 전류계는 직렬연결 및 낮은 저항, 전압계는 병렬연결 및 높은 저항을 통해 회로 값을 측정. |
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[15강] 회로이론 (3)
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42:
39
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RC 회로의 충전, 방전 및 시간 상수
• RC 회로: 저항(R)과 축전기(C)로 구성되며, 키르히호프의 전압 규칙을 통해 충전 및 방전 과정의 전하량, 전류, 전압 변화를 지수 함수적으로 분석함. • 시간 상수 ($\tau=RC$): RC 회로의 고유 응답 시간으로, 충전/방전 시 최종값의 특정 비율에 도달하는 시간을 나타냄. • RC 회로 응용: 자동차 정전기 방전 등 실제 현상 분석에 활용되어 회로 모델링 및 물리량 계산 원리를 이해함. |
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| 28장. 자기장 | ||
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[16강] 자기장 (1)
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55:
40
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자기장의 정의, 자기력, 교차장 및 홀 효과
* 자기장의 정의: 운동 전하에 의해 생성되며, 자기력($F_B = q\vec{v} \times \vec{B}$)과 자기장선으로 정의 및 표현. * 교차장: 전기장과 자기장이 수직으로 교차하는 공간에서 톰슨 실험을 통한 하전입자 속력 및 비전하량($|q|/m$) 측정 원리. * 홀 효과: 자기장 내 전선에서 전하 분리에 따른 홀 전압 발생 원리, 전하 운반자 수밀도($n = \frac{IB}{elV_H}$) 및 반도체 유형 분석에 활용. |
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[17강] 자기장 (2)
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51:
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자기장에서 운동하는 전하와 가속 장치
• 대전입자의 자기장 운동: 자기력에 의한 원운동 및 나선운동 궤적 형성 원리. • 하전입자 운동 물리량: 원궤도 반지름, 주기, 진동수, 나선 피치 등 정량적 분석 및 자기거울 효과 적용. • 입자가속장치: 사이클로트론의 가속 원리 및 의료 응용, 싱크로트론의 고에너지 가속 및 방사광 활용. |
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[18강] 자기장 (3)
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57:
37
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Summary Content:
자기장 (3): 전류 도선 자기력 및 전류 고리 토크 • 전류 도선 자기력: 자기장 내 전류 흐름 도선에 작용하는 힘의 원리, 크기($F=iLB\sin\phi$) 및 방향(플레밍 왼손 법칙) 결정. • 전류고리 토크: 자기장 내 전류고리의 회전력 발생 원리, 돌림힘($\tau=NiAB\sin\theta$) 계산 및 방향 설정. • 자기쌍극자모멘트: 자기쌍극자 정의($\vec{\mu}=Ni\vec{A}$), 자기장 내 돌림힘($\vec{\tau}=\vec{\mu}\times\vec{B}$) 및 위치 에너지($U=-\vec{\mu}\cdot\vec{B}$) 분석. |
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| 29장. 전류가 만드는 자기장 | ||
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[19강] 전류가 만드는 자기장 (1)
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55:
06
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전류가 만드는 자기장 기본 원리
* 비오-사바르 법칙: 전류 요소에 의한 자기장 크기·방향을 정의하며, 무한 직선 및 원형 도선 자기장 유도에 활용. * 두 평행 전류 자기력: 전류 방향에 따라 인력·척력 발생 원리 및 단위 길이당 힘을 정의하고 암페어 정의에 기여. * 궤도총: 전류가 만드는 자기력 원리를 활용하여 발사체를 초고속 가속하는 장치로, 작동 원리와 응용 분야 포함. |
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[20강] 전류가 만드는 자기장 (2)
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04:
39
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전류가 만드는 자기장: 앙페르의 법칙과 그 응용
* 앙페르의 법칙: 대칭 전류 분포의 자기장 분석 원리로, 무한도선, 솔레노이드, 토로이드 자기장 계산에 적용. * 무한도선·솔레노이드·토로이드 자기장: 각 형태별 자기장 공식, 분포 특성(균일성, 거리 의존성) 및 구조적 차이점 비교 분석. * 전류고리: 자기쌍극자 모멘트 정의와 외부 자기장에 의한 토크 작용, 중심축 자기장 공식 유도 및 특성 분석. |
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| 30장. 유도와 유동용량 | ||
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[21강] 유도와 유도용량 (1)
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29:
08
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유도와 유도용량 (1): 패러데이와 렌츠 법칙
• 전자기 유도 현상: 자기다발($\Phi_B$)의 시간적 변화를 통해 유도기전력 및 유도전류가 생성되는 기본 원리. • Faraday의 유도법칙: 자기다발 변화율($-\frac{d\Phi_B}{dt}$)에 비례하여 유도되는 기전력($\mathcal{E}$)의 크기 및 계산 방법. • Lentz의 법칙: 유도기전력 및 유도전류의 방향이 자기다발 변화를 방해하는 방향으로 결정되는 원리. |
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[22강] 유도와 유도용량 (2)
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52:
07
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유도와 에너지 전달 및 유도전기장
* 운동 기전력: 자기장 내 도체 운동으로 전위차가 발생하여 역학적 에너지를 전기에너지로 전환하는 원리. * 소용돌이 전류: 변하는 자기장에 의해 도체에 유도되는 전류로, 제동 및 가열 효과에 활용되는 개념. * 유도전기장과 패러데이 법칙: 변하는 자기장이 전기장을 유도하는 현상 분석 및 유도전기장의 특성 이해. |
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[23강] 유도와 유도용량 (3)
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49:
01
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유도용량, 자체유도 및 RL 회로 분석
• 유도용량(인덕턴스): 전류와 자기 플럭스 관계의 척도로, 헨리(H) 단위로 코일의 자기적 특성을 정의하고 계산함. • 자체유도: 전류 변화율에 비례하여 역기전력($\mathcal{E}_L = -L di/dt$)을 발생시켜 전류 변화를 억제하는 현상. • RL 회로: 유도기와 저항으로 구성되어, 유도 시간 상수($\tau_L = L/R$)에 따라 전류가 지수 함수적으로 변화하고, 유도기는 회로 상태에 따라 개방 또는 단락처럼 동작함. |
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[24강] 유도와 유도용량 (4)
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0:
41:
35
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자기장 에너지 및 상호유도
* 자기장 에너지: 유도기에 저장되는 자기에너지($U_B=\frac{1}{2}Li^2$) 및 단위 부피당 자기 에너지 밀도($u_B=\frac{1}{2}\frac{B^2}{\mu_0}$)의 개념과 계산. * 상호유도: 두 코일 간 전류 변화로 유도되는 상호유도기전력($\mathcal{E}=-M\frac{di}{dt}$) 정의 및 상호유도용량($M$)의 계산 절차. * RL 회로: 시상수($\tau_L = L/R$)를 활용한 전류 변화 분석 및 자기에너지의 저장 및 소모 과정 이해. |
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| 31장. 전자기적 진동과 교류 | ||
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[25강] 전자기적 진동과 교류 (1)
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57:
13
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전자기적 진동과 교류: LC 및 RLC 감쇠진동
* **LC 진동**: 축전기-유도기 간 에너지 교환 원리, 영구 진동 현상 및 전하/전류 시간 함수, 역학적 진동 유사성 분석. * **RLC 감쇠진동**: 저항에 의한 에너지 손실과 진폭 지수적 감소, 감쇠 미분방정식 및 해의 지수함수적 진폭 변화 이해. * **감쇠 유형**: 미급·임계·과도 감쇠 조건 및 특성 파악, 감쇠 각진동수를 통한 RLC 회로의 동적 거동 해석. |
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[26강] 전자기적 진동과 교류 (2)
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0:
59:
11
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Summary Content:
교류회로와 리액턴스 • 교류 기전력: 교류(AC)의 정의, 생성 원리, 직류(DC)와의 차이 및 유도 기전력 수식 이해 • AC 회로 소자 특성: 저항, 축전기, 유도기 각 소자의 전압-전류 위상 관계 및 오옴의 법칙 적용 • 리액턴스: 용량 리액턴스($X_C=1/(\omega_d C)$)와 유도 리액턴스($X_L=\omega_d L$) 개념 및 회로 동작 분석 |
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[27강] 전자기적 진동과 교류 (3)
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0:
48:
23
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RLC 직렬회로 임피던스와 공명 현상 분석
* RLC 직렬회로 임피던스: 키르히호프 전압 규칙 기반의 교류 합성 저항(Z)과 기전력-전류 위상 상수(φ)를 정의하고 회로 특성 분석. * 공명 현상: 유도 리액턴스($X_L$)와 용량 리액턴스($X_C$) 일치로 임피던스가 최소화되고 최대 전류가 발생하는 조건. * 공명 진동수: $X_L=X_C$ 조건에서 결정되는 특정 주파수($\omega_d = 1/\sqrt{LC}$)로, 회로의 에너지 효율적 전달 원리 이해. |
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[28강] 전자기적 진동과 교류 (4)
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0:
58:
31
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전자기적 진동과 교류회로 전력 (4)
• 실효값 (RMS): 교류 전력의 유효 크기를 직류 기준으로 정량화하며, $V_{max}/\sqrt{2}$, $I_{max}/\sqrt{2}$로 계산되는 원리. • 평균 전력 및 전력인자: $P_{avg} = I_{rms} E_{rms} \cos\phi$ 공식과 전력인자($\cos\phi$)를 통한 회로 효율 및 공명 상태 결정 원리. • 전력 송전과 변압기: 송전 손실($P_{loss} \propto 1/E^2$) 최소화를 위한 고전압 송전 원리 및 감은 수 비율 기반 변압기의 전압/전류 변환 구조. |
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| 32장. Maxwell 방정식, 물질의 자성 | ||
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[29강] Maxwell 방정식, 물질의 자성
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1:
02:
25
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Maxwell 방정식과 물질의 자성
• 맥스웰 방정식: 전기장과 자기장 상호작용의 근본 원리 정리 및 변위 전류로 앙페르 법칙 확장 • 물질의 자성: 반자성, 상자성, 강자성의 정의와 외부 자기장에 대한 각기 다른 반응 원리 분석 • 자기 쌍극자: 전자의 궤도 및 스핀 각운동량에 따른 자기 모멘트 발현과 자기 홀극 비존재 원리 |
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| 33장. 전자기파 | ||
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[30강] 빛의 성질 (1)
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0:
56:
05
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빛의 성질 (1)
• **전자기파**: 맥스웰 방정식 기반 전기장/자기장 상호 유도로 발생하며, 진공 유전율 및 투자율에 의해 $c = 1/\sqrt{\mu_0 \epsilon_0}$ 속력으로 전파되는 횡파. • **포인팅 벡터**: 전자기파의 단위 면적당 에너지 수송률 $\vec{S} = \frac{1}{\mu_0}(\vec{E} \times \vec{B})$ 정의하며, 그 평균값으로 파동의 세기 $I = \frac{1}{c\mu_0} E_{rms}^2$를 결정. • **복사압**: 전자기파의 선운동량 전달에 의해 물체에 가해지는 압력으로, 완전 흡수 시 $I/c$, 완전 반사 시 $2I/c$ 공식으로 계산. |
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[31강] 빛의 성질 (2)
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1:
01:
27
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빛의 편광, 반사 및 굴절의 원리와 적용
• 편광 개념: 빛의 전기장 진동 방향 제어 원리 및 Malus의 법칙으로 편광판 통과 시 빛 세기 변화 분석 • 반사 및 굴절 법칙: 입사각, 반사각, 굴절각의 관계를 정의하는 반사법칙과 Snell의 법칙, 굴절률 개념 정리 • 내부전반사 및 Brewster각: 빛의 완전 반사 조건(임계각)과 반사에 의한 편광 조건(Brewster각)의 원리 및 계산 방식 요약 |
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| 34장. 영상 | ||
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[32강] 영상 (1)
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0:
47:
44
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거울을 이용한 영상 형성
• 거울 영상 형성: 빛의 반사 원리 기반 실상/허상, 정립상/도립상 등 상의 종류 및 특성 이해. • 평면거울: 항상 같은 크기 정립 허상 형성; 구면거울: 초점/곡률 개념 기반 오목/볼록 거울별 상 작도법 및 특성 분석. • 거울 방정식(1/p + 1/i = 1/f) 및 가로배율(m = -i/p): 상의 위치, 크기, 방향을 정량적으로 계산하는 핵심 공식. |
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[33강] 영상 (2)
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0:
56:
30
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렌즈와 굴절구면 영상의 원리
• 얇은 렌즈 기본 원리: 렌즈 정의, 렌즈 방정식 및 배율 공식 유도, 렌즈제작자 공식을 통한 초점거리 결정. • 렌즈 및 굴절구면 영상 형성: 작도법 기반 물체 위치별 상의 종류 분석, 둘 이상의 렌즈 조합과 구면 경계면 굴절 원리 적용. • 굴절구면 영상 부호 결정: 물체/상/곡률 반지름에 대한 엄격한 부호 규칙 적용 및 평면에서의 특수 사례 이해. |
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| 35장. 간섭 | ||
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[34강] 간섭 (1)
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1:
06:
19
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빛의 파동성 및 간섭현상 원리
• 호이겐스의 원리: 파동의 전파, 반사 및 굴절(Snell의 법칙) 현상 설명 구조와 빛의 파동론적 기초 제시 • 영의 이중슬릿 간섭: 빛의 회절 및 파동성 증명, 경로차 기반 보강/상쇄 간섭 조건 및 무늬 위치 계산 원리 • 간섭무늬 세기 분석: 위상차 이용 광선 전기장 합성 및 빛의 세기($I=4I_0 \cos^2(\phi/2)$) 공식 도출, 파동 에너지 재분배 이해 |
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[35강] 간섭 (2)
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0:
48:
25
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간섭의 원리 및 응용
• 고정단/자유단 반사: 매질 경계면에서의 파동 반사에 따른 위상 변화 원리 이해 • 박막 간섭: 반사광의 위상 변화와 경로차를 고려한 보강·상쇄 간섭 조건 도출 및 분석 • 마이켈슨 간섭계: 빛의 파장을 활용한 길이 변화 및 미지 물질의 굴절률 정밀 측정 원리 |
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| 36장. 회절 | ||
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[36강] 회절 (1)
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1:
00:
44
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회절 (1): 현상, 단일 슬릿, 원형 구멍
* 회절 현상: 빛의 파동성을 입증하며, 빛이 장애물이나 틈을 지날 때 휘어져 간섭무늬를 형성하는 원리. * 단일슬릿 회절: 호이겐스 원리 기반으로, 극소 조건($\text{a}\sin\theta = \text{m}\lambda$)과 위상자 합산을 통한 세기 공식($I(\theta) = I_m(\frac{\sin\alpha}{\alpha})^2$)으로 설명. * 원형구멍 회절 및 레일리 기준: 첫 번째 극소 조건($\sin\theta = 1.22 \frac{\lambda}{\text{d}}$)과 두 점광원 분해 한계각($\theta_R = 1.22 \frac{\lambda}{\text{d}}$) 정의를 통해 광학 기기 해상도 분석. |
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[37강] 회절 (2)
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회절 (2): 이중슬릿, 회절격자 및 X선 회절
• 회절 현상: 이중슬릿 간섭무늬의 회절 윤곽선 형성 원리 이해 및 회절격자 $d \sin\theta = m\lambda$ 조건의 극대선 발생 • 분산과 분해능: 회절격자의 서로 다른 파장 분리 능력 ($D = \frac{m}{d \cos\theta}$)과 유사 파장 가늘게 분리 능력 ($R = Nm$) 개념 정리 • X선 회절: 짧은 파장 X선을 이용한 결정 구조 분석 원리 및 브래그 법칙 ($2d \sin\theta = m\lambda$) 적용 |
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| 37장. 상대론 | ||
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[38강] 상대론 (1)
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특수상대성이론: 동시성, 시간 팽창, 길이 수축
* 특수상대성이론: 광속 불변 원리와 상대성 원리 기반, 관측자 운동 상태에 따른 시공간 개념 변화 이해. * 동시성/시간 팽창: 관측자 운동에 따른 동시성의 상대성 및 Lorentz 인자($\gamma$)로 설명되는 시간 간격 확장 현상 분석. * 길이 수축/실제 검증: 운동 방향으로 물체의 길이가 단축되는 현상과 뮤온 붕괴, GPS 등 실제 적용 사례를 통한 이론 검증. |
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[39강] 상대론 (2)
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일반물리학 상대론 (2): 로렌츠 변환, 빛의 도플러 효과, 상대론적 운동량과 에너지
* 로렌츠 변환: 갈릴레오 변환 한계를 극복하여 시공간의 상대성(시간 팽창, 길이 수축, 동시성)을 규명하는 핵심 원리 * 빛의 도플러 효과: 광원과 관측자 간 상대 속도에 따른 빛의 진동수 및 파장 변화 원리 (적색/청색 편이)와 천체 속도 측정에 활용 * 상대론적 운동량과 에너지: 질량-에너지 등가원리($E=mc^2$) 기반의 운동량, 운동 에너지, 에너지-운동량 관계 정의 |
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| 38장. 광자와 물질파 | ||
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[40강] 광자와 물질파 (1)
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광자와 물질파: 양자물리학과 광전효과
• 흑체복사: 플랑크의 에너지 양자화($E=nhf$) 가설로 고전물리학의 자외선 파탄을 해결하며 양자물리학의 태동을 설명합니다. • 광자 개념: 아인슈타인의 광자($E=hf$) 이론으로 빛의 입자성을 정립하고 광전효과의 고전적 설명 한계를 극복합니다. • 광전효과 분석: 빛의 진동수에 따른 전자 방출 현상으로, 일함수($\Phi$), 문턱 진동수($f_0$), 정지 전압($V_{stop}$) 및 $hf=K_{max}+\Phi$ 방정식을 통해 플랑크 상수를 검증합니다. |
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[41강] 광자와 물질파 (2)
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광자와 물질파: 컴프턴 산란과 드 브로이 파장
• 광자의 운동량: 질량 없는 광자가 $p=h/\lambda$ 운동량으로 물질에 에너지·운동량 전달 • 컴프턴 산란: X선이 전자와 충돌 시 파장이 $\Delta\lambda = \frac{h}{m_e c}(1-\cos\phi)$만큼 길어지는 현상 • 드 브로이 물질파: 입자가 $\lambda=h/p$의 파동성을 가지며, 데이비슨-거머 실험으로 증명되고 전자현미경에 응용 |
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[42강] 광자와 물질파 (3)
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광자와 물질파 (3): 슈뢰딩거, 불확정성, 터널링
• 슈뢰딩거 방정식: 물질파의 파동 함수로 입자의 존재 확률 및 양자역학적 거동을 기술. • 하이젠베르크 불확정성 원리: 입자의 위치와 운동량을 동시에 정확히 측정할 수 없는 근원적 한계 정의. • 장벽 터널링: 물질파 특성으로 $E < U_b$ 조건에서 퍼텐셜 장벽을 통과하는 현상 및 STM 응용. |
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| 39장. 물질파와 퍼텐셜우물 | ||
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[43강] 물질파와 퍼텐셜우물 (1)
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물질파와 퍼텐셜 우물 (1): 갇힌 전자의 양자화된 에너지 및 파동함수
• 갇힌 전자의 에너지 양자화: 유한 퍼텐셜 우물 내 물질파가 정상파로 존재하여 양자수 $n$에 따른 불연속적 에너지 준위($E_n$)를 가짐. • 에너지 전이 및 스펙트럼: 광자 흡수/방출을 통한 들뜸/탈들뜸 과정과 양자화된 에너지 준위로 인한 기체 선 스펙트럼 현상 분석. • 파동함수 및 확률: 갇힌 전자의 위치 확률을 나타내는 파동함수($\Psi_n(x)$)와 확률 밀도($|\Psi_n^2(x)|$), 규격화를 통한 진폭($A$) 결정 과정. |
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[44강] 물질파와 퍼텐셜우물 (2)
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유한 퍼텐셜 우물 및 수소 원자 모형
* 유한 퍼텐셜 우물: 전자의 외부 존재 확률 및 파동 함수, 무한 우물 대비 에너지 양자화와 물질파 특성 분석 * 보어 원자 모형: 러더퍼드 한계 극복, 양자화된 에너지 준위·궤도 각운동량·궤도 반지름 정의로 수소 스펙트럼 설명 * 수소 스펙트럼 및 양자수: 리드베르그 공식 기반 라이만·발머·파셴 계열 분석, 주양자수·궤도 양자수·궤도 자기 양자수로 전자의 상태와 각운동량 공간 양자화 기술 |
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| 40장. 원자 | ||
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[45강] 원자
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09:
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원자의 양자역학적 성질, 주기율표, X선 발생
* 원자의 양자 성질: 궤도·스핀 각운동량 양자화와 자기쌍극자모멘트, Stern-Gerlach 실험으로 입증된 스핀 공간 양자화 원리. * 전자 배치 원리: 파울리 배타원리, 축조원리, 훈트의 규칙을 통한 원자 전자 배치 및 주기율표 구성 이해. * X선 발생 메커니즘: 고에너지 전자 감속에 따른 제동복사, 내각 전자 전이에 의한 특성 X선 발생 원리. |
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| 41장 고체의 전기전도 | ||
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[46강] 고체의 전기전도
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고체의 전기전도 특성 및 반도체 원리
• 고체 전기전도 특성: 에너지 띠 이론(원자가대, 전도대, 금지대)으로 금속, 절연체, 반도체 전도 메커니즘 설명. • 반도체 도핑 원리: 5가/3가 원소 주입으로 n형(전자)과 p형(양공) 반도체 형성 및 전도성 제어. • PN접합 정류 작용: p형과 n형 반도체 접합 시 공간전하, 고갈 영역 형성 및 순방향/역방향 바이어스에 따른 전류 제어 원리. |
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| 42장. 핵물리 | ||
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[47강] 핵물리 (1)
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핵물리 기초 및 방사성 붕괴
* 핵의 발견 및 구성: 러더퍼드 산란 실험으로 핵 존재 규명, 양성자·중성자(핵자)로 구성 및 질량수, 동위원소 특성 이해 * 핵력 및 안정성: 핵자 결합 인력인 핵력 작용으로 쿨롱 척력 극복, 질량 결손과 결합 에너지를 통한 핵 안정성 분석 * 방사성 붕괴 원리: 불안정한 핵종의 자발적 변환 과정, 붕괴 상수·반감기·평균 수명·붕괴율로 정량적 현상 설명 |
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[48강] 핵물리 (2)
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0:
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핵물리 (2) - 방사성 붕괴 및 연대 측정
* 방사성 붕괴 유형: 알파, 베타, 감마 붕괴 메커니즘과 핵종 변화 원리 학습 * 방사선 노출량 측정: 흡수선량 및 등가조사량 개념과 생물학적 영향 평가 방법 이해 * 방사능 연대 측정: 방사성 핵종 반감기를 활용한 유기체 및 지질학적 시료 연대 추정 원리 분석 |
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| 43장. 핵에너지 | ||
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[49강] 핵에너지
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54:
26
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핵에너지 개념 완성
• 핵분열: 열중성자 이용 우라늄 핵 분열로 질량 결손 및 에너지 방출 원리, 원자로의 연쇄반응 제어 발전 과정. • 열핵융합: 고온에서 가벼운 핵들의 쿨롱 장벽 극복 결합을 통한 질량 결손 에너지 방출 원리, 태양의 핵심 에너지원. • 인공 핵융합로: 중수소·삼중수소 융합을 자기 가둠 방식으로 제어하는 토카막 기술 기반의 미래 청정 에너지 목표. |
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김희수 교수님
일반물리학(HALLIDAY)Ⅱ
