아주대학교 물리학실험2 축전기의 충방전(A+)

소개

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목차

1. 측정값 및 계산
2. 토의
3. 참고문헌

본문내용

이번 실험에서는 축전기의 충전 현상과 방전 현상을 그래프를 통해 살펴보고, 이를 바탕으로 축전기의 충전현상과 방전현상이 지수함수를 따르는지 확인하는것이 목적이었다.
첫번째 충전실험에서 전압이 시간에 따라 초기에는 빠르게 증가하다가 점점 증가 속도가 느려져, 결국 전원 전압 Vmax에 근접하게 된다. 이 그래프는 지수함수로 표현할 수 있는데, 축전기의 충전현상은 V=V0(1−e-t/τ)의 식으로 표현할 수 있다. 이때 실험결과 전압의 최댓값은 3.964V 였다. 그리고 1-e^(-t/τ) 가 0.5가 되는 반감기 때의 전압은 1.979V였다. 이를 통해 반감기와 시간상수의 관계식 T= τln2을 위의 질문에서 증명했다. 다음 측정시기는 1-e^(-t/τ)가 0.632일때의 전압이었는데, 이는 시간상수에 대한 측정이다. 충방전 과정에서 중요한 매개변수는 RC 시간 상수이다. 시간 상수는 축전기가 충전되거나 방전될 때, 회로의 전압이나 전류가 어느 정도 빨리 변화하는지를 나타낸다. 그리고 시간 상수 τ는 τ=RC로 정의되며, 이는 축전기가 충전되거나 방전될 때 전압이 약 63%에 도달하는 시간을 나타낸다. 따라서 1-e^(-t/τ)가 0.632일때의 전압을 측정하는 것이다. 이에 대한 전압은 2.572V였다. 또한 전압에 급격하게 떨어지기 직전의 전압값, 즉 방전의 초기값은 3.977V로 측정되었다. 그리고 충전현상을 관찰할 때처럼 구하고자 하는 값과 가까운 측정값을 기록하여 시간상수를 구하였는데, 방전현상에서는 시간상수가 0.370s로 구해졌다. 두 시간상수의 차이는 없었다.

참고자료

· 제 12판 물리학실험 , 아주대학교 출판부 , 2018, p.151~p.156