본문내용
1. 옴의 법칙과 측정오차
1.1. 실험 목적
회로 내의 전류, 전압, 저항 사이의 관계를 실험적으로 확인하고, 옴의 법칙을 입증하며, 측정오차의 원인을 규명하는 것이 이 실험의 목적이다."
1.2. 관련 이론
전류는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다. 이를 다르게 표현하면, 저항이 일정하면 전압이 증가할수록 전류도 증가하며, 전압이 일정하면 저항이 증가할수록 전류가 감소한다. 전류의 단위는 암페어, 전압의 단위는 볼트, 저항의 단위는 옴이다. 이를 옴의 법칙이라고 하며 식으로는 V=IR과 같이 표현한다. 옴의 법칙에 대한 세 가지 표현은 모두 동일한 의미를 가지며, 전류, 전압, 저항 중에서 알고 있는 값과 구하고자 하는 값에 따라 적합한 식을 선택하여 사용하면 된다.
지금까지는 실험에 의한 모든 측정이 100% 정확하다고 가정했다. 그러나, 실제의 경우는 그렇지 않고 여러 가지 원인에 의해 오차가 발생된다. 오차의 원인 중 하나는 아날로그 계기의 눈금을 읽는 과정의 부정확성이다. 이 오차는 눈금을 좀 더 주의 깊게 읽거나 동일한 측정을 반복함으로써 발생 가능성을 줄일 수 있다. 계기눈금 사이의 부정확한 보간도 오차의 원인이 될 수 있는데 이는 디지털 계기의 사용으로 제거할 수 있다. 또 다른 오차의 원인은 시차이다. 즉, 측정자와 계기의 바늘이 눈금에 수직이 되지 않을 때 발생된다. 원인 명확하지 않으며 쉽게 교정될 수 없는 오차들도 있는데, 계기의 고유 오차가 이에 속한다. 또 다른 오차의 원인으로는 측정을 위해 회로에 계기를 삽입하는 과정에서 발생한다. 회로의 조건이 바뀌면 오차를 유발하게 된다.
1.3. 실험 내용
준비물: 가변 0~15V 직류전원, 0~10 mA 밀리암미터, VOM 또는 DMM, 100Ω, 1/2 W, 5% 저항기 1개, 5kΩ, 2 W 분압기 1개, SPST 스위치
실험 내용:
A. (1) 분압기의 단자 A와 B 사이의 저항이 1000 Ω이 되도록 분압기를 조정한다. 분압기의 저항값은 회로에서 분리된 상태로 측정한다.
(2) 회로를 구성하고 회로를 연결하기 전에 전원이 차단되고 스위치 이 개방되었는지 확인한다.
(3) 전원을 인가하고 스위치 을 닫는다. 전압계가 2V를 가리킬 때까지 전압을 서서히 증가시킨다. 전류계의 전류를 읽고 기록한다.
(4) 전압계가 4V를 가리키도록 전압을 서서히 증가시키고, 전류계의 전류를 읽어 기록한다.
(5) 전압계가 6V를 가리키도록 전압을 서서히 증가시키고, 전류계의 전류를 읽어 기록한다.
(6) 전압계가 8V를 가리키도록 전압을 서서히 증가시키고, 전류계의 전류를 읽어 기록한다. 스위치를 열고 전원을 차단한다.
(7) 전압, 전류 측정값으로부터 를 계산하여 기록한다.
(8) 전압과 전류 사이의 관계를 추론하고, 얻어진 관계식을 기록한다.
(9) Formula test: 앞의 과정에서 얻어진 수식을 이용하여 V=5.5 V, V=9.0 V 일 때 I 값을 계산하여 표에 기록한다.
(10) 전원을 인가하고 스위치를 닫는다. 전압계가 5.5V를 가리키도록 전압을 서서히 증가시킨다. 전류계의 전류를 읽어 표에 기록한다. 전압을 9.0V로 증가시킨 후, 전류계의 전류를 읽어 기록한다. 스위치를 개방하고 전원을 차단한다. 분압기를 회로에서 분리시킨다.
B. 분압기의 저항이 2 kΩ, 전압이 4V, 6V, 8V, 10V인 경우로 실험 A를 반복한다. V=6V, V=12V 인 경우로 (6)-(10) 과정을 반복한다.
C. 분압기의 저항이 3 kΩ이 되도록 하여 실험 A를 반복한다. 실험 전압은 6V, 8V, 10V, 12V이며, Formula test의 전압은 7V, 13.5V이다.
D. 분압기의 저항이 4 kΩ이 되도...
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