아주대학교 물리학실험2 A+ 21. RLC회로 예비 + 결과 보고서

문서 내 토픽

1. RLC 회로

이번 실험은 RLC 회로에서 전류를 주파수의 함수로 측정하여 공진현상을 관측하는 실험으로 실험 자료의 해석과정을 통해 임피던스와 전류, 전압의 관계를 이해할 수 있었다. 총 세 가지 실험을 하였는데, 주파수의 변화에 따른 저항 양단의 전압을 측정하여 공진주파수를 추정하는 실험, 공진주파수에서는 전압과 전류의 위상이 같다는 조건을 사용하여 좀 더 정확한 공진주파수를 찾는 실험, 그리고 공진조건에서의 회로의 총 저항을 계산해 보는 실험이었다.
2. 공진주파수

공진 현상이란 RLC 회로에서 의 식으로 전류가 최대인 지점에서 인 지점으로 에서 공진주파수가 이다. 실험 1에서는 주파수를 20Hz부터 300Hz까지 20Hz 단위로 증가시키면서 공진주파수를 찾아보는 실험이었다. 처음 실험을 진행하였을 때는 전체적으로 도선에 문제가 있어 공진주파수를 찾는 실험에서 20Hz로 시작하였고 전압이 점점 커지는 것을 확인할 수 있었다. 어느 정도 상승하여 최대 전압이라고 생각되는 지점, 즉 공진주파수라고 판단되는 주파수 부근에서는 10 간격으로 측정을 하였다. 그러자 190 에서 전압이 최대값을 가졌고, 그 후에는 주파수를 증가시킴에 따라 전압이 점점 감소해 감을 볼 수 있었다. 따라서, 190 를 공진주파수로 추정할 수 있었다.
3. 전류-주파수 그래프

전류 대 주파수의 그래프를 보면 공진주파수가 되기 전까지는 주파수가 증가할수록 전류 가 증가함을 보이고, 공진주파수가 된 후에는 주파수가 증가할수록 전류가 감소함을 보인다. 따라서, 공진주파수에서 전류가 최대값을 가진다. 그리고 이로부터 공진주파수에 대해 대칭이라고 할 수 있는데, 공진주파수 전에 전류가 증가하는 폭보다 공진주파 수 후에 전류가 감소하는 폭이 작아서 완전한 대칭은 아니지만 공진주파수 전후로 증가하다가 감소하는 형태이므로 어느 정도는 대칭이라고 할 수 있다.
4. 회로 총 저항

실험 3에서 계산한 회로의 총 저항은 17.006 이다. 이 실험에서 사용한 탄소저항은 금 색 띠가 있어 의 오차범위를 갖는데, 17.006과 10.2 의 오차를 계산해 보면 이므로 오차범위를 벗어난다고 할 수 있다. 오차가 발생한 원인은 두 가지 정도를 생각해 볼 수 있다. 우선 총 저항을 의 식으로 계산하였는데, 의 값을 공진주파수라고 정한 주파수에서 측정하였기 때문에 정확한 값이 아니었을 수 있다. 또한 회로에는 탄소저항만이 존재하는 것이 아니라 스프링 등의 접촉저항, 도선 자체의 저항, 축전기의 내부저항, 인덕터 코일의 저항 등이 같이 존재할 것이고, 이로 인해 총 저항은 탄소저항보다 크게 나올 수밖에 없다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. RLC 회로

RLC 회로는 저항(R), 인덕터(L), 캐패시터(C)로 구성된 전기 회로입니다. 이 회로는 교류 전압이 가해질 때 전압과 전류 사이의 위상차가 발생하며, 이를 통해 다양한 전기 현상을 관찰할 수 있습니다. RLC 회로는 전력 전자, 통신 시스템, 신호 처리 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 회로의 구성 요소와 특성을 이해하면 RLC 회로의 동작 원리와 응용 분야를 깊이 있게 이해할 수 있습니다.
2. 공진주파수

공진주파수는 RLC 회로에서 매우 중요한 개념입니다. 공진주파수에서 회로의 임피던스가 최소가 되어 전류가 최대가 됩니다. 이 주파수에서 회로의 유효 저항이 가장 작아지므로 에너지 효율이 높아집니다. 공진주파수는 회로의 구성 요소 값에 따라 결정되며, 이를 활용하여 다양한 전기 회로를 설계할 수 있습니다. 공진주파수 개념은 무선 통신, 전력 변환, 신호 처리 등 많은 분야에서 중요하게 활용됩니다.
3. 전류-주파수 그래프

RLC 회로의 전류-주파수 그래프는 회로의 동작 특성을 이해하는 데 매우 중요합니다. 이 그래프를 통해 공진주파수, 회로의 Q 값, 전류의 크기 변화 등을 확인할 수 있습니다. 전류-주파수 그래프는 회로 설계 및 분석에 필수적이며, 회로의 동작 원리와 특성을 직관적으로 파악할 수 있게 해줍니다. 또한 이 그래프는 회로의 주파수 선택성, 대역폭, 증폭 특성 등을 분석하는 데 활용됩니다.
4. 회로 총 저항

RLC 회로의 총 저항은 회로의 동작과 성능을 결정하는 중요한 요소입니다. 총 저항은 저항, 인덕터, 캐패시터의 임피던스 합으로 계산되며, 주파수에 따라 변화합니다. 총 저항이 작을수록 전류가 크게 흐르므로 회로의 효율이 높아집니다. 반면 총 저항이 크면 전류가 작아져 회로의 성능이 저하됩니다. 따라서 회로 설계 시 총 저항을 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 위해 각 소자의 값과 배치를 최적화해야 합니다.