RC회로의 충전과 방전 결과레포트 (축전기의 역할 이해)

소개

중앙대학교 일반물리실험(2) 과목에 대한 실험 보고서입니다.
[RC회로의 충전과 방전 - 축전기의 역할 이해] 부분의 실험을 수행하였습니다.

특히 실험에서 주목할 만한 점인 '축전기의 전압의 시간 변화를 통한 간접 측정'에 초점을 맞추어 작성했고, 논리적으로 충전 및 방전 과정의 수식을 분석하였습니다.
또한 실제 실험을 통해 측정한 오실로스코프의 화면이 실험값 목차에 명시되어 있습니다.

목차

1. 실험값
2. 결과 분석
3. 오차 논의 및 검토
4. 결론

본문내용

[3] 오차 논의 및 검토

본 실험의 충전 과정에서 시간 상수를 구하기 위해, 축전기 양단의 최종 전위차의 63.2%가 되는 위치로 오실로스코프 화면의 커서를 옮기게 된다. 그런데 커서의 이동 간격이 아주 세밀하지는 않기 때문에, 실험에 따라 커서를 정확히 해당 지점의 전위차에 일치시킬 수 없다는 점이 오차의 요인이 될 수 있다. 이를테면, [실험 3]의 충전 과정에 대해 최종 전압 VC,실험=4.80V의 63.2%가 되는 지점은 전위차가 3.03V이다. 하지만 커서가 3.03V에 가장 가까이 위치할 수 있는 지점은 2.96V였다.

반면 결과 분석에서 언급했듯이, [실험 2] 충전 과정에서 τ실험과 τ이론의 오차율은 -2.80%로 다른 실험에 비해 비교적 작은 값을 나타냈다. 이는 오실로스코프의 커서가, 축전기의 최종 전위차가 63.2%인 곳에 정확히 위치하였기 때문이다. 즉 최종 전위차인 4.56V에 0.632를 곱한 값이 약 2.88V인데, 커서가 이 값을 나타낼 수 있었다. 따라서 시간 상수 측정에 대한 오차를 줄이기 위해서는, 시간 상수만큼 시간이 지난 지점에 오실로스코프의 커서가 가능한 정확히 위치할 수 있도록 RC 회로의 저항과 전기용량을 선택해야 한다.

이번에는 RC 회로에 대한 이론적 해석으로부터 오차의 원인을 생각해볼 수 있다. 이상적인 RC충전 회로에서 축전기 양단의 최종 전위차는 전지의 단자전압과 같을 것이다. 하지만 모든 실험에서 VC,실험은 멀티미터를 이용해 측정한 전지의 단자전압 5.05V보다 작은 것으로 나타났다. 이는 전위차의 측정을 위해 회로에 연결한 오실로스코프의 저항 RO에 의한 것으로, 이를 고려한 이론식의 결과(VC,이론=와 실험값을 비교하면 측정한 전위차는 크지 않은 오차율을 보인다.

참고자료

· 없음