기전력 측정 실험 결과 레포트 (물리학및실험2)

소개

건국대학교 물리학 및 실험 2 강의 중 실험 결과 레포트로 제출한 자료입니다.
해당 강의에서 본 레포트 포함 총 9개의 레포트를 작성하여 레포트 점수에서 만점 받은 레포트입니다.

미끄럼 전위차계를 이용하여 검류계에 전류가 흐르지 않는 지점을 찾아 미지전지의 기전력을 측정하는 실험입니다.

토의 내용에는 미지전지의 기전력 측정에 대한 오차 원인 분석, 이상적인 전압원과 실제 전압원의 차이 및 실제 전압원의 내부저항을 측정하는 방법, 일상에서 쓰이는 건전지와 리튬 이온 배터리의 구조적 차이점이 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
2.1 전위, 전기차
2.2 기전력
2.3 미끄럼 전위차계

3. 실험 기구 및 장치

4. 실험 방법

5. 실험 결과

6. 토의
6.1 미지전지의 기전력 측정에 대한 오차 원인을 분석하시오.
6.2 이상적인 전압원과 실제 전압원의 차이에 대해 설명하고, 실제 전압원의 내부 저항을 측정하는 방법에 대해 제시하시오.
6.3 일상에서 흔히 쓰이는 전압원인 건전지와 리튬 이온 배터리의 구조적 차이점에 대해서 기술하시오.

7. 결론

8. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적

전기 회로에서 기전력의 의미와 역할을 이해하고 기전력을 알고 있는 표준전지와 미끄럼 전위차계를 이용하여 미지전지의 기전력을 측정한다.

2. 실험 원리

2.1 전위, 전위차

전위란, 전기적 위치 에너지를 전하로 나눈 것으로 정의된다. 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

전하가 어떤 점 A에서 B로 이동할 떄, 계의 전기적 위치 에너지 변화는 다음과 같이 정의된다.



이는 일의 정의인 힘과 변위의 내적에서 힘의 자리에 전기력의 식을 전기장과의 관계식으로 대입한 것과 같다.

전위차란, 전하량 q가 두 점 사이를 이동할 때 계의 전기적 위치 에너지 변화를 그 전하량으로 나눈 값이며, 위의 두 식을 이용해 전기적 위치 에너지 변화의 인테그랄 앞의 q를 떼어낸 식으로 나타낼 수 있다.

2.2 기전력

기전력이란, 전기회로에서 전기를 일으키는 힘이다. 전지의 기전력은 전지의 양단에 공급할 수 있는 최대 전압, 즉 전위차를 의미하며 이상적인 전지란, 내부저항이 0이고 따라서 기전력과 전지 양단의 전위차가 동일한 전지를 의미한다.

2.3 미끄럼 전위차계

미끄럼 전위차계는 옴의 법칙을 따르는 물질의 저항이 비저항과 길이에 비례하고 단면적에 반비례함을 이용하여 저항을 가변적으로 변화시킬 수 있도록 설계해 전위차를 측정할 수 있게 고안한 장치이다.

본 실험에서 사용한 미끄럼 전위차계의 모양은 얇은 띠 형태의 직사각형 금속으로, 단면적과 비저항이 일정한 물질이다. 따라서, 전기가 흐르는 금속 물질을 양극으로부터 떨어트린 거리에 따라 미끄럼 전위차계로 인한 저항이 증가하여 저항을 변화시킬 수 있다.

이를 검류계를 이용해 전류를 측정하고, 만약 검류게에 전류가 흐르지 않는다면 전위차가 0임을 의미하므로 옴의 법칙에 의해 정확한 기전력 값을 아는 표준전지와 미지전지 사이의 기전력은 미끄럼 전위차계의 전류가 흐르지 않는 지점의 길이에 비례하는 성질을 이용해 미지전지의 기전력을 이론적으로 계산 할 수 있다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐
· 일반화학 제 15판, Brown 외 5인 저, 화학교재연구회 역, p. 970 ~ 972
· 강의자료 pdf 파일