[일반물리학실험] 축전기의 충전과 방전 실험보고서

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험재료
4. 실험방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 논의
8. 결론
9. 참고문헌

본문내용

1) 실험 목적
축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다.

2) 실험 원리
그림 5.1처럼 기전력장치, 스위치, 저항, 축전기로 구성되어있는 회로를 생각하자. 스위치를 a에 갖다 대면 축전기는 기전력장치에 의한 전기퍼텐셜로 서서히 충전이 된다. 모두 충전한 다음에 스위치를 b에 갖다 대면 축전기의 방전이 시작된다.

(1) 축전기의 충전 과정
시간이 t일 때 축전기에 충전된 전하를 q라고 하자. 전류에 의해 전하가 이동한다. 전하량 가 시간 동안 전선의 한 단면을 지난다면 이때의 전류는 다음과 같다. 축전기의 두 극판사이 전위차를 라 하고 축전기의 전기용량을 라고 한다. 그럼 극판에 모이는 전하 와 같은 관계가 성립한다. 최종적으로 충전된 전하량을 라 하고 전력장치가 만드는 기전력을 라 하면 가 성립한다. 축전기에 전하가 쌓이면서 축전기 극판사이의 전위차가 커지고 축전기와 기전력장치 사이의 전위차가 작아지면서 회로에 흐르는 전류도 작아지게 된다. 이런 전류와 전위차의 변화량을 구해보자. 그림 5.1의 회로에 스위치가 a에 연결되었을 때 고리법칙을 적용하면 이다.
여기에 (식5.1)을 대입하여 정리하면 다음과 같다.

3) 실험 기구 및 재료
축전기, 저항, 브레드보드, 직류전원공급기, 멀티미터 2개, 스톱워치, 전선

4) 실험방법
⓵ 그림 5.1처럼 회로를 구성한다.
⓶ 회로에 전류계와 전압계를 연결한다.
⓷ 직류 전원 장치로 전압을 설정한 뒤 스위치를 a로 연결하고 축전기를 충전한다. 이 때 동영상을 찍는다.
⓸ 충전이 완료되고 스위치를 b에 연결하고 축전기를 방전시킨다. 이 모습도 동영상으로 촬영한다.
⓹ 찍은 동영상을 보고 시간에 따른 전류와 전압을 기록한다. 전류와 전압에 자연로그를 취한 값도 기록한다.
⓺ 시간에 따른 전압, 전류, 로그전압, 로그전류의 그래프를 그리고 기울기로부터 시정수를 구한다.
⓻ 저항 R 값을 바꾸면서 위 과정을 반복한다.

참고 자료

일반물리학, Halliday, Resnick, Jearl Walker