콘덴서 충방전 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 점수에서는 만점 받은 레포트입니다.

저항과 콘덴서로 이루어진 RC회로에서 전압의 실시간 변화를 살펴보는 실험으로, 유사한 실험 레포트를 작성하실 때 참고용으로 사용하시기 바랍니다.

토의 내용에는 시간상수 RC값의 물리적 의미, 방전시에 캐패시터에 완전히 충전된 전하량이 절반이 될 때까지 걸리는 시간, 충방전이 완전히 되지 않는 이유와 오차 원인, 전기회로에서 캐패시터의 유무에 따른 차이의 내용으로 구성되어 있습니다.

목차

1. 실험 목적

2. 실험 원리
2.1 축전기, 전기용량
2.2 콘덴서의 충전과 방전

3. 실험 재료 및 도구

4. 실험 방법

5. 실험 결과
5.1 충전 실험
5.2 방전 실험
5.3 충전 시 시간 상수 측정값
5.4 방전 시 시간 상수 측정값

6. 토의
6.1 각 물리량의 단위끼리 연산을 통해 시간상수 RC값이 어떤 물리적인 의미와 단위를 가지는지 설명하시오.
6.2 방전의 경우에 시간상수 값을 이용하여 캐패시터에 완전히 충전된 전하량이 절반이 될 때까지의 시간을 계산하시오.
6.3 충방전이 완전히 되지 않는 이유와 오차 원인을 논리적으로 서술하시오.
6.3.1 충방전이 완전히 되지 않는 이유
6.3.2 오차 원인의 분석
6.3.2.1 충전 실험과 방전 실험의 오차 원인 분석
6.3.2.2 충전 시 시간 상수 측정 실험과 방전 시 시간 상수 측정 실험의 오차 원인 분석
6.4 전기회로에서 캐패시터의 유무에 따른 차이를 논의하고 이로부터 캐패시터의 역할에 관해 논리적으로 서술하시오.

7. 결론

8. 자료 출처 및 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적

저항과 콘덴서로 이루어진 RC회로에서 전압의 시간적 변화를 살펴본다.

2. 실험 원리

2.1 축전기, 전기용량

축전기란, 두 도체 사이에 전위차와 전기장을 형성하면서 전하를 저장하는 소자를 말한다. 축전기가 저장할 수 있는 전하량, 즉 축전기의 전기용량은 다음과 같이 어느 한쪽 도체의 전하량 크기와 두 도체 사이의 전위차 크기의 비율로 정의된다.

전기용량은 항상 양수이며, 전기용량의 단위는 [F] = [C/V]이다.

축전기를 충전시킨다는 것은 회로에 전압을 가하여 축전기에 전하를 축적시키는 것이며, 축전기를 방전시킨다는 것은 축적된 전하에 의해 회로의 기전력원으로 사용한다는 것이다.

2.2 콘덴서의 충전과 방전

저항과 축전기가 직렬 연결된 회로를 RC회로라고 한다. 축전기를 포함하는 직류 회로는 전류의 방향은 일정하지만, 흐르는 전류의 크기는 시간에 따라 변할 수 있다.

전하가 이동함에 따라 전류가 형성되어 축전기에 충전이 될 때, 시간이 지남에 따라 축전기 양단의 전위차는 증가한다. 이와 같은 현상은 키르히호프의 제 2법칙을 통해 나타낼 수 있으며, 해당 수식을 정리하면 다음과 같은 수식을 얻을 수 있다.

<중 략>

3. 실험 기구 및 장치

콘덴서 충방전 실험 키트, 멀티미터, 연결선, 타이머, 스톱워치, 스마트폰

4. 실험 방법

1. 콘덴서 충방전 실험 키트에 있는 저항과 콘덴서(캐패시터)의 값을 멀티미터로 측정하고 기록한다.

2. 콘덴서 충방전 실험 키트의 전원을 켜고, 멀티미터로 기전력 Vs의 전압을 측정하여 5V임을 확인한다.

3. 손잡이로 저항과 콘덴서의 값을 맞춘 후, 멀티미터의 DCV 상태에서 콘덴서의 양극단에 검침봉을 꽂는다.

4. 콘덴서에 걸리는 전압이 0V임을 확인하고 충방전 스위치를 Charge로 바꿈과 동시에 타이머로 충전되는 시간을 측정한다.

5. 콘덴서의 전압이 5V 가까이 충전이 완료된 시점에서 타이머를 초기화하고 방전되는 시간을 측정한다.

6. 저항과 콘덴서의 조합을 바꾸어서 위의 과정을 반복하여 진행한다.

참고자료

· 조승식 (2023), “일반물리학실험_개정판”, 북스힐
· Jewett/Serway 저. 대학물리학교재편찬위원회 역 (2024), “대학물리학”. 북스힐
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