본문내용
1. 실험 목적 및 이론
1.1. 실험 목적
실험 목적은 기전력을 알고 있는 표준전지와 습동전위차계를 이용하여 미지전지의 기전력을 측정하는 것이다.
기전력은 전원장치의 양 단에 공급할 수 있는 최대의 전압을 말하며, 역학적 에너지 또는 화학적 에너지에 의해서 발생하는 전위차로 배터리와 같은 전원에 의해 생성된다. 이번 실험에서는 기전력을 알고 있는 표준전지와 측정하고자 하는 미지전지를 습동형 전위차계에 연결하여 기전력을 측정하고자 한다.
1.2. 실험 이론 및 원리
1.2.1. 기전력의 개념
기전력은 전원장치의 양 단에 공급할 수 있는 최대의 전압을 의미한다. 기전력은 역학적 에너지 또는 화학적 에너지에 의해서 발생하는 전위차로, 배터리와 같은 전원에 의해 생성된다.
배터리나 전지 안에서 화학 반응이 일어나면 전자가 한 전극에서 다른 전극으로 이동하여 전위차가 발생하게 된다. 이때 전위차의 크기가 기전력이 된다. 따라서 기전력은 전원 장치의 최대 출력 전압을 나타내는 개념이다.
기전력은 전류의 흐름에 의해 낮아지거나 소모되지만, 전원 장치 자체의 특성을 나타내는 중요한 지표이다. 전원 장치의 성능을 평가할 때 기전력은 핵심적인 정보를 제공한다. 전원 장치가 공급할 수 있는 최대 전력은 기전력과 내부 저항에 의해 결정되기 때문이다.
1.2.2. 습동형 전위차계를 이용한 기전력 측정 원리
습동형 전위차계를 이용한 기전력 측정 원리는 다음과 같다.
회로에서 E_표준은 표준전지의 기전력이고, E_미지는 측정하고자 하는 전지의 미지 기전력이다. V는 E_표준 또는 E_미지보다 큰 기전력의 전원이다. 전환 스위치를 옮겨서 검류계가 표준전지와 연결되게 하고 스위치를 닫고 습동형 스위치를 적당히 이동시키면서, 검류계가 0이 되는 위치 x_표준을 찾는다. 이때 x_표준의 길이에 해당하는 저항을 R_표준이라 하고, 습동저항에 흐르는 전류 I는 기전력 V에 의해서 흐르는 전류이다. 따라서, 검류계에 전류가 흐르지 않는다는 것은 x_표준의 전위차가 E_표준의 전위차와 같음을 의미한다. 이때 E_표준 = I*R_표준이 성립한다.
전환 스위치를 미지 전지 E_미지와 연결하고 습동형 스위치를 이동하여 검류계가 0이 되는 지점 x_미지를 찾는다. 이때 x_미지 길이에 해당하는 저항을 R_미지라 하면 위 경우와 같이 E_미지 = I*R_미지가 된다.
위 식들에서 E_표준/E_미지 = R_미지/R_표준 = rho*x_표준/S / rho*x_미지/S = x_표준/x_미지가 된다. 여기서 x_표준과 x_미지는 철사의 길이이고, S는 그 단면적, rho는 철사의 비저항이다. 따라서, 미지...
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