본문내용
1. 실험실 보고서
1.1. 직류회로 측정 실험
1.1.1. 저항의 측정
저항의 측정 결과
저항은 전기회로에서 전류가 흐르는 것을 방해하는 전기적 요소이다. 저항의 단위는 옴(Ω)이며, 저항기의 저항 값은 그 허용 범위 내에서 조정할 수 있다. 실험에서는 저항기의 색코드를 통해 저항값을 확인하고 저항계를 사용하여 실제 저항값을 측정하였다.
표 2-2에 나타난 바와 같이, 8개의 저항기의 색코드와 정격 저항값, 측정 저항값, 오차율이 제시되어 있다. 저항기의 첫 번째 띠 색, 두 번째 띠 색, 세 번째 띠 색, 네 번째 띠 색을 통해 각 저항기의 저항값을 확인할 수 있다. 예를 들어 R1 저항기의 경우 첫 번째 띠 색이 갈색, 두 번째 띠 색이 검정, 세 번째 띠 색이 갈색, 네 번째 띠 색이 금색이므로 저항값은 0.1kΩ이다.
실험 결과, 측정된 저항값은 정격 저항값과 매우 유사하게 나타났다. R1 저항기의 경우 정격 저항값이 0.1kΩ이었고 측정 저항값은 0.0978kΩ으로 오차율이 2.2%로 확인되었다. 다른 저항기들도 대부분 5% 이내의 오차율을 보여 허용 오차 범위 내에 있음을 알 수 있었다. 이를 통해 저항기의 컬러 코드를 통해 저항값을 정확히 파악할 수 있다는 것을 확인하였다.
1.1.2. 단락된 저항기 측정
단락된 저항기 측정 실험에서는 저항과 도선이 병렬로 연결되어 있기 때문에 이론과 다른 결과가 나타났다. 실험 결과에 따르면 도선의 저항값이 0Ω이 아니라 0.002kΩ으로 측정되었다. 이는 병렬 연결된 저항기와 도선의 총 저항값이 개별 저항값 중 가장 작은 값보다 작게 나타났기 때문이다. 키르히호프의 법칙에 따르면 병렬 연결된 저항들의 합성 저항값 R_eq는 다음과 같이 계산된다:
1/R_eq = 1/R_1 + 1/R_2 + ... + 1/R_n
따라서 병렬 연결된 저항값이 크면 합성 저항값 R_eq는 작아진다. 실험에서는 저항기 R1의 값이 0.097kΩ이었고, 도선의 저항값이 0.002kΩ이었다. 이 둘이 병렬로 연결되어 있으므로 총 저항값은 도선의 저항값인 0.002kΩ보다 작게 측정되었다. 이를 통해 실제 회로에서는 이상적인 상황과 달리 도선에도 일정 수준의 저항이 존재함을 알 수 있었다.
1.1.3. 가변 저항기 측정
가변 저항기는 보통 3개의 단자를 사용하여 단자를 회전시킴으로써 원하는 저항값을 얻을 수 있다. 실험에서 사용한 가변 저항기의 경우, 1번(A)과 3번(C) 단자 사이의 길이는 고정되어 있고, 조절노브로 2번(B) 단자를 이동시켜 저항값을 변경한다. 저항값 R=ρ [Ω] (A는 도체의 단면적, l은 도체의 길이, ρ는 비저항을 의미한다)이므로 A와 ρ가 일정할 때, 조절노브로 A와 B, B와 C의 길이(l)를 조절함으로써 저항값을 바꿀 수 있다. 따라서 실험에서 진행된 네 가지 위치에서 RAB의 값과 RBC의 값은 2번 단자의 위치에 따라 변하고, A와 C의 사이의 길이는 항상 동일하므로 RAB+ RBC은 일정하게 나타난다. 이를 통해 가변 저항기의 원리와 측정 방법을 이해할 수 있다"".
1.1.4. 물체의 저항 측정
물체의 저항 측정 실험에서는 여러 가지 물체의 저항값을 측정하였다. 그 결과, 샤프심의 저항값은 약 0.001 kΩ, 은반지의 저항값은 약 0.00002 kΩ, 니퍼의 금속 부분은 약 0.05 kΩ, 10원 동전은 약 0.0009 kΩ, 스트리퍼의 금속 부분은 약 0.0022 kΩ으로 측정되었다.
이처럼 다양한 물체의 저항값을 측정해 봄으로써, 실제 일상생활에서 사용되는 물품들에도 작은 양의 저항이 존재함을 알 수 있었다. 특히 금속 성분이 많은 물체일수록 저항값이 작게 나타났는데, 이는 금속이 전기를 잘 통하는 도체이기 때문이다. 반면 절연체나 반도체 성분이 많은 물체는 상대적으로 저항값이 높게 측정되었다.
이러한 결과를 통해 저항의 개념을 보다 실제적으로 이해할 수 있었으며, 전기가 어떻게 다양한 물질을 통해 흐르는지를 관찰할 수 있었다. 향후 전기 관련 연구나 실험을 진행할 때 이러한 정보가 도움이 될 것으로 기대된다.
1.2. 직류전압 측정
직류전압의 측정
DC 전원 공급장치의 출력 전압은 정확도 높게 설정될 수 있다. 실험에서는 DC 전원 공급장치의 출력 전압을 10V로 일정하게 유지하였다.
병렬로 연결된 두 개의 저항(R1, R2)을 사용하여 전압을 측정한 결과, 각 저항 양단에 걸리는 전압은 동일하였다. 이는 병렬 회로에서 각 가지에 걸리는 전압이 서로 같다는 이론과 일치한다. 전원 공급장치에서 10V를 출력하고 있으므로, 단일 저항이 연결된 경우나 병렬 저항이 연결된 경우 모두 단자 간 전압이 10V로 일정하게 유지되었다.
따라서 실험 결과, 병렬 연결된 저항들의 단자 전압은 동일하게 10V로 측정되었다. 각 저항 양단의 전압 측정 결과, 1번 경우 9.999V, 2번과 4번 경우 9.98V, 3번 경우 9.97V로 나타났다. 이는 이론값인 10V와 약간의 오차가 존재하지만, 오차율이 0.3% 이내로 매우 작은 편이다. 이러한 오차는 측정 과정에서 발생하는 미세한 손실 등에 기인한 것으로 볼 수 있다.
따라서 직류 전압 측정 실험 결과, 이론과 실측값이 잘 일치함을 확인할 수 있었다.
1.3. 직류전류 측정
직류전류의 측정
직류 전류는 폐회로 내에서만 생성되며, 회로의 저항이 작을수록 더 많은 전류가 흐른다. 따라서 직류 전류를 측정하기 위해서는 회로에 전류계를 직렬로 연결해야 한다.
실험에서는 1kΩ(R1), ...
