[물리화학실험A+] Input & Output Impedence(입력저항,출력저항 구하기) 결과보고서

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문서 내 토픽

• 1. 전압 측정

  이번 실험은 물리량의 측정의 기본이 되는 전압 측정에 대해 알아보고 oscilloscope, DVM 이라는 전압 측정기를 이용하여 입력 저항 및 출력 저항을 구해보는 것이다. 전원은 E0의 전압을 발생시키는 전원에 저항이 직렬로 연결되어 2개의 단자가 연결된 형태이다. 전원 내부에 있는 저항을 출력저항이라고 하며 출력저항이 크면 전압측정의 정확성이 떨어진다. 전압계는 전원의 두 단자에 접촉되는 두 단자를 가진 장치이다. 전압계 내부에 있는 저항을 입력저항이라하며 입력저항에 발생한 전압을 측정하는 부분이 병렬로 연결되어 있다. 전압 측정부는 입력저항 양단에 발생한 전압만 측정한다.

• 2. 입력저항 측정

  입력저항을 측정하기 위해서는 저항 Rin을 전원과 전압계 사이에 직렬로 연결하여 측정을 한다. 이때 전류는 I'= E0 / (r+Rin+Zin)이며 측정된 전압의 크기는 Vmeas = E0 * Zin / (r+Rin+Zin)이다. Vmeas와 Vmeter를 통해 입력저항 Zin을 유도한 결과, Zin = (Vmeas * Rin) / (Vmeter - Vmeas)로 구할 수 있다.

• 3. 출력저항 측정

  출력저항의 측정의 경우, 입력저항에 비해 매우 작아 식 유도 시 생략될 수 있음을 피하기 위해 전압계의 입력저항을 다른 값으로 치환해야 한다. 따라서 전압계의 양단에 출력저항보다 약간 더 큰 저항 r'을 연결한다. 그러면 r'과 Zin이 병렬로 연결되어 두 저항의 합성저항은 r'이 된다. 전원과 전압계를 연결한 전체 회로에서 Vmeter는 Vmeter = E0 * r' / (r+r')이고 Rin을 넣고 측정한 전압은 Vmeas = E0 * r' / (r+Rin+r')이다. 따라서 출력저항 r값을 유도한 결과, r = (Vmeter * r' - Rin * Vmeas - r' * Vmeas) / (Vmeas - Vmeter)이다.

• 4. 전압 측정 오차

  정확한 전압 측정을 위한 조건으로는 E0와 Vmeter 값이 일치하면 정확한 측정이 이루어진다. 그러나 두 값 사이에 관계는 출력저항 및 입력저항에 의해 정해진다. 만약 r이 Zin에 비해 매우 작으면 Vmeter와 E0값이 근접한다. 혹은 Zin이 큰 전압계를 사용하면 이 경우 또한 실제값에 근접한다. 따라서 정확한 전압 측정을 위해서는 출력저항이 입력저항보다 매우 작아야 한다.

• 5. 건전지 내부 저항

  실험 결과에 따르면 새 건전지에 비해 폐 건전지의 전압값이 낮고 출력저항이 크게 나타났다. 이는 폐 건전지가 이미 화학반응을 할 수 있는 성분이 많이 소모되어 전기전도가 줄어들어 내부 저항이 증가했기 때문이다.

• 6. 측정 기기 선택

  실험 결과에서 DVM 전압계가 oscilloscope에 비해 평균 입력저항이 더 크게 측정되었다. 따라서 Zin이 더 크게 측정된 전압계인 DVM을 사용하였을 때 Vmeter와 E0값이 더 비슷해질 것이고 DVM에서 더 정확한 측정을 할 수 있다.

• 7. 측정 오차 보정

  실험 결과에서 일부 출력저항 값이 음수로 계산되었는데, 이는 저항에 따른 측정기기를 알맞게 사용하지 않아서라고 예측 가능하다. 또한 probe와 전선의 접촉이 정확히 안되었었던 것 같고 물리적으로 정확하게 접촉하여 측정을 하였다면 더욱 정확한 출력저항의 값을 구할 수 있었을 것이라고 생각한다. 따라서 측정 오차를 보정하여 정확도를 높이는 것이 중요하다.

• 8. 저항 색상 코드

  저항은 저항 끝부분과 띠 사이의 거리가 짧은 쪽부터 읽으면 된다. 4색 저항은 1색과 2색을 순서대로 숫자를 읽고 3색은 승수, 4색은 허용오차에 해당한다. 5색 저항은 1,2,3색이 순서대로 숫자고 4색이 승수, 5색이 허용오차다.

• 9. 실험 방법

  실험 방법은 1) DVM, oscilloscope을 이용하여 새 건전지와 폐 건전지의 전압을 측정한다. 2) 입력저항을 구하기 위해 1 MΩ 저항을 전압계와 건전지 사이에 직렬로 연결하고 건전지의 전압을 다시 측정한다. 3) 22 kΩ 저항을 이용하여 동일한 측정을 한다. 4) 측정한 전압들과 저항값을 이용하여 각 전압계들의 입력저항을 계산한다. 5) 100 Ω 저항으로 전압계 양단을 연결하고 위의 측정을 반복한다. 6) 측정한 전압들과 저항값을 이용하여 출력저항을 계산한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 전압 측정

  전압 측정은 전기 회로에서 매우 중요한 작업입니다. 정확한 전압 측정을 위해서는 측정 기기의 선택, 측정 방법, 측정 환경 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 전압 측정 시 주의해야 할 점은 측정 기기의 입력 임피던스, 측정 대상의 부하 특성, 측정 회로의 간섭 등입니다. 또한 측정 오차를 최소화하기 위해 보정 방법을 적용하는 것이 중요합니다. 전압 측정 기술은 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 에너지 관리 등 다양한 분야에서 활용되므로 정확한 측정 기술을 습득하는 것이 필요합니다.

• 2. 입력저항 측정

  입력저항 측정은 전기 회로에서 중요한 특성을 파악하는 데 필수적입니다. 입력저항은 회로에 연결된 측정 기기나 부하의 특성을 나타내며, 이를 통해 회로의 동작 특성을 이해할 수 있습니다. 입력저항 측정 시 주의해야 할 점은 측정 기기의 입력 임피던스, 측정 대상의 부하 특성, 측정 회로의 간섭 등입니다. 또한 측정 오차를 최소화하기 위해 보정 방법을 적용하는 것이 중요합니다. 입력저항 측정 기술은 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 센서 시스템 구축 등 다양한 분야에서 활용되므로 정확한 측정 기술을 습득하는 것이 필요합니다.

• 3. 출력저항 측정

  출력저항 측정은 전기 회로에서 중요한 특성을 파악하는 데 필수적입니다. 출력저항은 회로에서 전력을 공급하는 부분의 특성을 나타내며, 이를 통해 회로의 동작 특성을 이해할 수 있습니다. 출력저항 측정 시 주의해야 할 점은 측정 기기의 입력 임피던스, 측정 대상의 부하 특성, 측정 회로의 간섭 등입니다. 또한 측정 오차를 최소화하기 위해 보정 방법을 적용하는 것이 중요합니다. 출력저항 측정 기술은 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 전력 시스템 구축 등 다양한 분야에서 활용되므로 정확한 측정 기술을 습득하는 것이 필요합니다.

• 4. 전압 측정 오차

  전압 측정 오차는 전기 회로 분석에서 매우 중요한 요소입니다. 측정 오차는 측정 기기의 정확도, 측정 방법, 측정 환경 등 다양한 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 전압 측정 오차를 최소화하기 위해서는 측정 기기의 선택, 측정 방법의 적용, 측정 환경의 관리 등 다양한 방법을 고려해야 합니다. 또한 측정 오차를 보정하는 기술도 중요합니다. 전압 측정 오차 관리는 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 에너지 관리 등 다양한 분야에서 필수적이므로 이에 대한 이해와 기술 습득이 필요합니다.

• 5. 건전지 내부 저항

  건전지의 내부 저항은 전기 회로에서 중요한 특성을 나타냅니다. 내부 저항은 건전지의 출력 전압, 방전 특성, 수명 등에 영향을 미치므로 정확한 측정이 필요합니다. 내부 저항 측정 시 주의해야 할 점은 측정 기기의 입력 임피던스, 측정 방법, 측정 환경 등입니다. 또한 측정 오차를 최소화하기 위해 보정 방법을 적용하는 것이 중요합니다. 건전지 내부 저항 측정 기술은 전자 기기 설계, 에너지 관리, 배터리 시스템 구축 등 다양한 분야에서 활용되므로 정확한 측정 기술을 습득하는 것이 필요합니다.

• 6. 측정 기기 선택

  전기 회로 측정에서 적절한 측정 기기를 선택하는 것은 매우 중요합니다. 측정 기기의 정확도, 분해능, 입력 임피던스, 측정 범위 등 다양한 특성을 고려하여 측정 목적에 맞는 기기를 선택해야 합니다. 또한 측정 환경, 측정 대상의 특성 등을 함께 고려해야 합니다. 부적절한 측정 기기 선택은 측정 오차를 증가시키고 측정 결과의 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 따라서 측정 기기 선택에 대한 이해와 기술 습득이 필요합니다.

• 7. 측정 오차 보정

  전기 회로 측정에서 측정 오차를 최소화하는 것은 매우 중요합니다. 측정 오차는 측정 기기의 정확도, 측정 방법, 측정 환경 등 다양한 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 측정 오차를 보정하기 위해서는 측정 기기의 교정, 측정 방법의 개선, 측정 환경의 관리 등 다양한 방법을 적용해야 합니다. 또한 통계적 기법을 활용하여 측정 오차를 분석하고 보정하는 것도 중요합니다. 측정 오차 보정 기술은 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 에너지 관리 등 다양한 분야에서 필수적이므로 이에 대한 이해와 기술 습득이 필요합니다.

• 8. 저항 색상 코드

  저항 색상 코드는 전기 회로에서 저항 값을 식별하는 데 매우 유용한 방법입니다. 색상 코드를 통해 저항 값을 빠르고 정확하게 확인할 수 있으며, 이는 회로 설계, 부품 선택, 고장 진단 등 다양한 전기 회로 작업에 활용됩니다. 저항 색상 코드에 대한 이해와 숙련도를 높이면 전기 회로 작업의 효율성과 정확성을 크게 향상시킬 수 있습니다. 따라서 저항 색상 코드에 대한 학습과 실습이 필요합니다.

• 9. 실험 방법

  전기 회로 실험에서 적절한 실험 방법을 선택하는 것은 매우 중요합니다. 실험 목적, 측정 대상, 측정 환경 등을 고려하여 실험 방법을 선택해야 합니다. 실험 방법에는 직접 측정, 간접 측정, 비교 측정 등 다양한 방법이 있으며, 각각의 장단점이 있습니다. 또한 실험 절차, 측정 기기 사용, 데이터 분석 등 실험 전반에 걸친 체계적인 접근이 필요합니다. 적절한 실험 방법 선택과 실험 수행 기술은 전기 회로 분석, 전자 기기 설계, 실험 연구 등 다양한 분야에서 필수적입니다.