축전기와 전기용량 - 일반물리실험II A+레포트

소개

2024-2학기 일반물리실험II A+ 레포트입니다.
일반물리실험은 레포트 작성에 긴 시간 들이지 마시고 다른 과목 공부하시는 걸 추천드립니다.

목차

I. 실험 목적

II. 데이터 정리
1. 실험 1 - r = 53mm(극판면적 A 8.82)
2. 실험 2 - r = 53mm(극판면적 A 8.82)
3. 실험 3 – r = 75mm(극판면적 A 17.7)
4. 실험 4 – 두께 3mm의 유전체 판이 있을 때(d=6mm)

III. 결과 분석
1. 배경이론
2. 실험 결과 분석

IV. 질문
1. 두 극판 사이에 유리판과 아크릴판 등을 각각 끼웠을 때 전기용량의 변화는 어떠한가? 내부 전기장의 세기는? 이 경우는 축전기의 어떠한 연결로 생각할 수 있는가?
2. 두 극판 사이에 힘이 작용할 때 거리는 변하지 않을까? 그렇다면 그 이유는 무엇인가?
3. 극판 상단에 고압전원의 (+)극을 연결하고, 하단 극판은 (-)극과 접지를 동시에 연결하여 전압을 가하면 어떻게 될까? 이 경우도 접지가 없이 전압을 가하는 경우와 같은가?

V. 토의
1. 고압전원의 미세한 전압 조절의 어려움
2. 저울의 불안정함
3. 상판과 하판을 정교하게 맞추지 못함

VI. 참고문헌

본문내용

I. 실험 목적
두 도체 사이에 전위차를 가할 때 두 극판에는 똑같은 크기에 반대부호인 전하량이 대전됨을 이해하고 두 전하량 사이에 작용하는 힘을 이용하여 평행판 축전지의 전기용량을 측정하고 이론치와 맞는가를 확인한다.

II. 데이터 정리
첫번째 실험에서 작은 극판을 이용하여 전위차를 조절하거나 극판 사이의 거리를 조절하며 질량을 측정하였다. 두번째 실험에서 큰 극판을 이용하여 극판 사이의 거리를 조절하며 질량을 측정하였다. 세번째 실험에서 큰 극판 사이에 유전체(아크릴, 유리)를 넣어 질량을 측정했다. 실험의 측정값은 아래의 표(1~4)와 같다.

<중 략>

III. 결과 분석

1. 배경이론

(1) 전기용량
두 도체에 똑같은 크기에 반대부호인 전하량이 축적된 축전기의 전기용량은 두 도체의 크기, 모양, 간격에 따라 결정된다. 전기용량의 단위는 패럿(F)이다. 1패럿은 1볼트 당 1쿨롱으로 이 단위는 굉장히 크기 때문에 실제로는 마이크로 패럿(μF)과 피코 패럿(pF)으로 많이 사용된다.
C= q/( V)

(2) 평행판 축전기
일정한 간격으로 떨어진 두 도체판 사이에 전원장치를 이용하여 전압을 걸면 두 극판에는 크기가 같고 부호가 반대인 전하 +q와 -q가 형성된다.
위에 놓인 극판의 아랫면을 포함해서 두 극판 사이의 공간을 가우스면을 잡으면 가우스 법칙에 의해 두 극판 사이에 전기장을 구할 수 있다.
ε_0 ∮▒E∙dA=q
E= q/(ε_0 A)
(ε_0는 진공상태일 때의 유전율이며 ε_0=8.85×〖10〗^(-12) C^2⁄(N∙m^2 )의 값을 갖는다.)
두 극판 사이의 전위차는 V= ∫_0^d▒〖E∙ds〗=Ed이고 q=CV의 관계식을 통해 평행판 축전기의 전기용량을 구하게 되면 C= ε_0 A/d이며 위에 놓인 극판에 축적된 전하량은 q= ε_0 AV/d이다. 위에 놓인 극판에 축적된 전하량으로 인해 아래에 놓인 극판이 받는 힘을 구하면 F=(-q)E이다.

참고자료

· 일반물리학실험 매뉴얼, 서강대학교 물리학과
· “유전율” 위키백과, https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%9C%A0%EC%A0%84%EC%9C%A8
· David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, 『Principles of Physics Ⅱ』, 11th edition, WILEY, 2021, p105~109`