물실보고서 - 축전기의 충전과 방전

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험방법
5. 측정값
6. 실험결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론

본문내용

◎ 축전기 대전시키기
축전기를 대전시키는 한 가지 방법은 전지를 포함하는 전기회로에 축전기를 연결하는 것이다.
전기회로란 전하가 흐를 수 있는 경로를 말한다.
전지는 내부에서 전기력이 내부 전하를 움직이도록 하는 전기화학적 반응으로 작동하여 단자 사이에 일정한 퍼텐셜차를 유지시키는 장치이다.
초기에 극판이 대전되지 않았을 때 극판 사이의 퍼텐셜차는 0이다.
극판이 반대 전하로 대전됨에 따라 퍼텐셜차는 전지의 단자들 사이의 퍼텐셜차 V와 같아질 때까지 증가한다.
그러면 한 쪽 극판과 전지의 양의 단자가 같은 퍼텐셜이 되며 그들 사이의 도선에는 더 이상 전기장이 없게 된다.
마찬가지로 다른 쪽 극판과 음의 단자는 같은 퍼텐셜에 도달하고 그들 사이의 도선에는 전기장이 없어서 더 이상 전자의 이동이 없다.
이 때 식 로 주어지는 퍼텐셜차 V와 전하 q를 가지고 축전기가 완전히 충전되었다고 한다.

3. 실험기구 및 재료

축전기(capacitor), 저항, 직류 전원 공급기, 멀티미터, 초시계

<중략>

실험 1에서 예비실험을 거치지 않고 시간 간격을 5초 단위로 하여 정확한 실험결과를 얻지 못하였다.
그래서 실험 2와 실험 3은 시간 간격을 1초 단위로 하기 위해 동영상을 찍은 다음 그 동영상을 초마다 끊어 측정값을 기록하였다.
이때 동영상을 멈추는 시간에 차이가 생겨 오차가 발생하였다.
또한 저항과 축전기의 조합을 잘 선택하지 못하여 시정수가 대체로 짧게 나와 측정하기 어려워 오차가 발생하였다.

8. 결론

이번 실험에서는 축전기와 저항을 바꿔주면서 시간에 따른 축전기의 전압과 회로에 흐르는 전류의 변화를 통해 시정수를 구할 수 있었다.
실험 1은 = 100μF, = 100kΩ의 조건으로 실험했고 이론적 시정수 는 10초이다. 충전 과정에서 그래프의 시정수 는 6.623초이고 그래프에서 시정수 는 12.5초이다. 방전 과정에서 그래프에서 시정수 는 5.556초이고 그래프에서 시정수 는 6.993초이다.
시정수의 상대오차는 25~45% 내외가 나타났다.

참고 자료

일반물리학실험, 제3판, 제24장, p.221~223, 부산대학교 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2014년
일반물리학, 개정9판, 제25장, p.827, Halliday, Resnick and Jearl Walker, 범한서적주식회사, 2011년