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대학교에서 기계공학 전공하고 있습니다. 직접 발로 뛰고 배우며 알게 된 지식들을 공유하고 있습니다. 대학원 연구가 꿈입니다.

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중앙대학교 서울캠퍼스 기계공학부

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RC 충방전 회로 실험 -회로에서의 축전기의 역할 이해-결과보고서

일반물리실험(2) 결과보고서학과기계공학과조원작성자실험조조지도조교실험일제출일[1]실험목적회로 내에서 전지의 전하를 충∙방전하는 축전기의 역할을 이해한다. 축전기의 전기용량과 저항기의 저항이 충방전 시간과 어떤 관계를 맺는지 알아보며 시간상수와 연관지어 RC회로의 이론적 해석의 타당성을 확인한다.[2]실험기구디지털 오실로스코프, RC 충/방전 실험기기, 멀티미터기그림 SEQ 그림 * ARABIC 1.RC 충∙방전 회로 실험 기구[1][3]실험값전지의 전압 측정값 V: 5.01 V오실로스코프의 저항 RO: 1.002 MΩ전위차, 전하량, 시간상수를 구하기 위한 식은 다음과 같다.VC, 이론 =Q 이론 = =τ 이론 =(1) 실험1 – 저항: 100kΩ, 축전기 전기용량: 100μF상태VC, 실험[V]VC, 이론[V]오차율[%]τ실험[s]τ이론[s]오차율[%]Q 이론 [C]충전 시4.484.561.758.959.091.570.456방전 시(36.8%V)8.809.093.19그림 SEQ 그림 * ARABIC 2. 실험1 충전 시 그래프(좌)와 방전 시 그래프(우)(2) 실험2 – 저항: 100kΩ, 축전기 전기용량: 47μF상태VC, 실험[V]VC, 이론[V]오차율[%]τ실험[s]τ이론[s]오차율[%]Q 이론 [C]충전 시4.484.561.754.34.270.6200.214방전 시(36.8%V)4.44.273.04그림 SEQ 그림 * ARABIC 3. 실험2 충전 시 그래프(좌)와 방전 시 그래프(우)(3) 실험3 – 저항: 100kΩ, 축전기 전기용량: 10μF상태VC, 실험[V]VC, 이론[V]오차율[%]τ실험[s]τ이론[s]오차율[%]Q 이론 [C]충전 시4.484.561.750.950.9094.480.0456방전 시(36.8%V)1.050.90915.5그림 SEQ 그림 * ARABIC 4. 실험3 충전 시 그래프(좌)와 방전 시 그래프(우)(4) 실험4 – 저항: 50kΩ, 축전기 전기용량: 100μF상태VC, 실험[V]VC, 이론[V]오차율[%]τ실험[4.724.771.054.704.761.310.477방전 시(36.8%V)4.954.763.99그림 SEQ 그림 * ARABIC 5. 실험4 충전 시 그래프(좌)와 방전 시 그래프(우)(5) 실험5 – 저항: 10kΩ, 축전기 전기용량: 100μF상태VC, 실험[V]VC, 이론[V]오차율[%]τ실험[s]τ이론[s]오차율[%]Q 이론 [C]충전 시4.884.961.610.9890.9900.1130.496방전 시(36.8%V)0.9400.9905.05그림 SEQ 그림 * ARABIC 6. 실험5 충전 시 그래프(좌)와 방전 시 그래프(우)[4]결과분석(1) 축전기의 전기용량, 저항에 따른 시간상수의 변화실험 1~3은 일정한 저항을 유지하고 축전기의 전기용량을 변화시켰을 때, 시간상수의 값이 줄어드는 것을, 실험 1, 4, 5는 일정한 전기용량을 유지하고 저항을 변화시킬 때 시간상수가 줄어드는 경향을 보인다. 이와 관련하여 저항과 전기용량이 시간상수와 맺는 관계를 확인해본다.전기용량과 시간상수의 관계 LINK Excel.Sheet.12 "C:\Users\SUMSUNG\Desktop\대학교\1-2\일반물리실험(2)\RC 충방전 회로.xlsx" Sheet1!R7C14:R10C16 a f 5 h * MERGEFORMAT 실험번호τ실험[s]τ이론[s]축전기[μF]오차율[%]기울기[s/ μF]30.950.909104.483~20.090524.34.27470.6202~10.087718.959.091001.573~10.0889시간상수의 값은, 축전기 전기용량이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 것으로 보인다. 실제로 기울기를 구해보면 이는 0.09정도의 값으로 일정하게 나타난다.시간상수의 의미가 최종 전하량의 63.2%(충전 시)가 되는 데 걸리는 시간이라는 것을 감안해 볼 때, 시간상수의 값이 클수록 최종 전하량이 크다는 것을 의미한다. 따라서 축전기의 전기용량은 축전기에 충전되는 전햐랑과 관계가 있으며, 선형 비례관계에 있다는 것을 파악할 수 있다. 량 C는 시간상수와 선형비례한다는 것을 보여주기에 이를 입증할 수 있다.저항과 시간상수와의 관계실험번호τ실험[s]τ이론[s]저항 [kΩ]오차율[%]기울기[s/ kΩ]50.9890.99100.1135~40.092844.74.76501.314~10.08518.959.091001.575~10.0885저항이 늘어날수록 시간상수는 증가하는 경향을 보이고 있고, 기울기의 값은 0.085~0.093 사이의 값을 보인다. 저항의 증가에 따라 시간상수가 증가한 것은 축전기에 전하를 충전하는 데 더 오랜 시간이 걸린 것이며, 이는 저항의 증가로 회로의 전류가 줄어들었기 때문으로 보인다.전기용량과의 관계와 다른 점은, 기울기의 값이 크게 변하고 실제 그래프도 선형적이라고 하기에는 애매한 모습을 보인다는 것이다. 이는 라는 식에서 확인할 수 있듯이 저항과 시간상수는 선형비례하기 보다, 저항에 관한 유리함수의 꼴을 보이기에 곡선 형태의 그래프가 나오는 것이다.(2) 전기용량, 저항과 전하량의 관계앞선 시간상수를 분석하면서, 전기용량과 전하량은 선형 비례 관계임을 말하였다. 이에 대해 실험에서 구한 전하량의 값을 토대로 다시 확인해보며 더불어 저항과는 어떤 관계를 가지는 지 알아본다.실험번호축전기[μF]전하량[C]실험번호저항 [kΩ]전하량[C]3100.04565100.4962470.2144500.47711000.45611000.456그래프에서 보이듯이, 전기용량과 전하량은 선형비례적인 관계가 있음을 알 수 있으며, 저항에 따른 전하량의 변화는 거의 없는 것으로 보인다. 이는 저항은 단지 충방전의 속도를 낮출 뿐, 최종 충방전되는 전하량의 크기에는 관여하지 않는다는 것으로 보인다.(3) 저항, 전기용량과 전위차와의 관계 및 이론적 타당성이상적인 상황에서는 저항이나 전기용량과는 관계없이, 축전기에 걸리는 최종 전위차는 전지의 전압과 같은 V=5.01V 가 될 것이다. 하지만 오실로스코프의 자체 저항을 고려하여 계산함에 따라, 저항과 전기용량이 최종전위차에 영향을 줄 수도 있게 되었고, 이하여보겠다.저항과 전위차와의 관계실험 1, 4, 5의 결과에서 저항기의 저항이 증가함에 따라 축전기에 걸리는 최종 전위차는 감소하는 것으로 나타났다. 이는 이론적으로 구한 전위차 VC, 이론 = 의 식에서 보이듯이, 전위차가 저항에 관한 유리함수의 꼴로 나타내어지기 때문으로 보이며, 이론적 해석이 실제 회로와 매우 유사했고 타당한 접근이었다는 것을 입증할 수 있다.전기용량과 전위차의 관계실험 1, 2, 3의 결과에 따르면, 전기용량과 전위차는 크게 관련이 없는 것으로 보인다. 전기용량의 변화에 상관없이 전위차는 4.48의 일정한 값을 유지하는 것으로 보인다. 따라서 전기용량은 오로지 축전기에 저장되는 전하량만을 늘린다는 것을 그리고 Vc, 이론의 식에서 전위차와 전기용량 C의 관계는 없다는 것이 실험적으로도 타당한 해석이었음을 알 수 있었다.이상적 회로에서의 시간상수를 구하는 식과의 비교실험번호τ실험[s]τ이론[s]오차율[%]τ이상[s]오차율[%]18.959.091.571010.524.304.760.6204.78.5130.950.9094.481544.704.761.315650.9890.990.11311.1이상적 회로에서 시간상수 τ이상 = R*C 로 표현된다. 이에 대해서 이상적 시간상수의 값을 구하고 이론적 시간상수와 그 오차율을 비교하여 어느것이 더 실험적으로 타당한지 보았다.표에서 보이듯이, τ이상은 실험값과는 크게 10.5%의 오차율을 보이는 반면, τ이론은 최대 4.76%의 오차율을 보이고, 전체적으로 더 낮은 오차율을 가지고 있다. 이에 따라 RC 회로의 이론적 해석이 매우 타당하다고 할 수 있다.[5]오차논의(1) 오차율의 경향오차논의에 앞서 실험값들의 오차율의 경향을 살펴보겠다.전체적인 실험값들 중 오차율이 가장 높았던 것은 실험3번으로, V의 오차율은 1, 2번과 같이 1.65%였으나, τ의 오차율이 4.48%로 그 다음으로 큰 실험 1번의 오차율보다 2.91%p 높았다.또한 충전 시 구한 τ충전와 방전 시 구한 τ방전 또한 값에 차이를 보였는. 가장 큰 차이는 실험4번에서 보인 0.25s의 차이였고, 가장 높은 오차율은 실험3번에서 15.5%로 나타났다.실험 3번을 제외하곤 τ충전의 오차율은 시간상수의 값이 줄어들수록 작아지는 경향을 보이는데, 실험 1, 4, 3, 5 번 순서로 볼 때, 오차율은 1.57%, 1.31%, 0.620%, 0.113%로 줄어들었다.(2) 실험 3번에서 가장 오차율이 컸던 문제시간상수가 가장 짧았던 것에 비해, 오실로스코프의 time/division을 적절히 조절하지 못하였다.정확한 63.2%V 지점을 고르지 못하였다. 눈금의 문제(3) 방전 시 시간상수의 값이 충전시와 다른 문제노이즈로 인해 제대로된 꼭대기를 파악하지 못하였다.노이즈로 인해 전위차의 최댓값이 최대 0.2V가량 변하는 현상이 있었고, 이에 따라 어디가 방전의 시작지점인지 파악하기 어려워서 대부분 시간상수의 값이 더 늘어난것으로 보임(4) 시간상수의 값이 줄어듦에 따라 오차율이 작아지는 경향모르겠다.[6]결론RC 회로에서 충방전을 시킴에 따라 축전기의 영향을 오실로스코프를 통하여 확인해보았고, 이에 대해 각 실험값들간의 관계가 가지는 의미를 알아보았다.실험 1, 2, 3및 결과분석 (1)에서는 축전기의 전기용량[μF]값이 10, 47, 100으로 증가함에 따라 τ실험[s] 값이 0.95, 4.3, 8.95로 증가하며 전하량[C]또한 0.0456, 0.214, 0.456으로 증가하는 것을 보았다. 이에 따라 RC 회로에서 축전기의 역할이 전하량을 충전 및 방전하여 회로의 안정적인 전류흐름을 돕는 것이며, 그러한 충방전량은 축전기의 전기용량과 비례하고, 시간상수와 비례한다는 것을 이해하게 되었다.더불어 시간상수의 이론적 해석은 결과분석 (3)에서와 같이 τ이상 = R*C 로 계산할 때 최대 10.5%의 오차율을, τ 이론 = 로 계산할 시 최대 4.76%의 오차율을 보이기에, 이론적 해석의 타당성이 높다는 것을 이해하게 되었다.[7] 참고 자료[1] 남형주, 일반물리실험(2), 북스힐(2023), p.127

공학/기술| 2025.05.04| 9페이지| 1,000원| 조회(87)

실험보고서, 일반물리실험, 기계공학부, 중앙대학교, A+결과보고서, 그래프 및 결..

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측정의 불확실도-결과보고서

<섬네일을 참고해 주세요>

공학/기술| 2025.05.04| 5페이지| 1,000원| 조회(89)

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증기밀도 측정에 의한 휘발성 액체의 분자량 측정-결과보고서

[4] 주의 사항1. 에탄올을 증발시킬 때, 바늘구멍으로 나오는 기체의 냄새를 맡지 않도록 한다.2. 바늘 구멍 가까이에 불꽃이 접근하지 않도록 한다.3. 기체를 흡입하지 않도록 주의하고, 실험실의 환기가 잘 되도록 한다.4. 플라스크 냉각 시 플라스크가 뜨거우므로 클램프를 이용하여 수건 위에 올려놓도록 한다.5. 부피, 무게 등의 오차를 줄이기 위해 전체 실험 과정에서 플라스크, 호일, 고무줄은 각각 한 개만 사용하도록 한다.용액의 기화가 끝난 시점에서 에탄올이 다시 응축되지 않았는지 확인한다

자연과학| 2025.05.04| 4페이지| 1,000원| 조회(51)

일반화학실험, 기계공학부, 중앙대학교, 실험결과보고서, 그래프 및 결론 포함, A..

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용해도 및 분별결정-결과보고서

3. 실험 목표✓ 용해도와 분별결정의 개념을 이해한다.✓ 용해도 차이를 이용한 분별결정으로 하나의 용매에 녹아 있는 2가지 용질을 분리한다.4. 실험 이론1) 용매, 용액, 용해도, 용해 속도-용질: 용매에 녹는 물질이다.-용매: 용질을 녹이는 물질로 용질에 비해 용액을 구성하는 비율이 높다.-용해도: 일정 온도에서 용매 100g에 최대로 녹아 있는(포화상태) 용질의 g수-용해 속도: 단위시간당 용해되는 양이다.2) 고체의 용해도 특성-고체의 용해과정은 대부분 흡열반응으로, 온도가 상승할수록 용해도는 증가한다.-용해 시 발열반응을 일으키는 고체의 경우 온도가 상승할수록 용해도는 감소한다.3) 기체의 용해도 특성-기체의 용해과정은 대부분 발열반응으로, 온도가 상승할수록 용해도는 감소한다.-기체의 경우 압력이 증가할 때 용해도는 증가한다. 이는 일정한 온도상에서 기체의 용해도가 기체의 부분압력에 비례한다는 헨리의 법칙에 1따른 것이다.4) 물질의 극성과 용해도일반적으로 극성물질과 이온성 물질은 극성 용매에 2잘 녹고, 무극성 물질은 무극성 용매에잘 녹는다.5) 용해 속도 (같은 조건하에서)-온도가 높을수록 빠르게 용해된다

자연과학| 2025.05.04| 9페이지| 1,000원| 조회(58)

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알코올의 반응 실험-결과보고서

3. 실험 목표✓ 알코올의 정의와 특성을 이해한다✓ 산화반응을 통해 1차, 2차, 3차 알코올을 구분한다✓ Haloform 반응(lodoform 실험)을 통해⚫ Methanol과 Ethanol을 구분한다⚫ 1-butanol과 2-butanol을 구분한다✓ Lucas 실험을 통해 1차, 2차, 3차 알코올을 구분한다4. 실험 이론1) 알코올① 알코올의 정의: 지방족 탄화수소의 수소원자가 하이드록시기(-OH)로 치환된 화합물일반식: ROH-R(알킬기): 사슬 모양 포화 탄화수소에서 1개의 수소를 제외한 나머지 원자그룹, 일반식:CnH2n+1② 특징- 중성- 하이드록시기의 특징: 수소결합 가능, 높은 끓는점과 녹는점을 가짐(분자량이 비슷한 물질 대비), 친수성- 소수성: 탄소수 ↑∝ 물에 대한 용해도 ↓③ 알코올의 분류- ~가 알코올: 분자 내에 존재하는 하이드록시기의 수로 분류한다.- ~차 알코올: 하이드록시기와 결합한 탄소원자에 결합하고 있는 알킬기(R) 수로 분류한다.④ 알코올의 명명법- IUPAC: 알케인(Alkane)의 어미 e를 빼고 ol을 붙임- 관용법: 알킬기 명 + Alchol

자연과학| 2025.05.04| 13페이지| 1,000원| 조회(93)

일반화학실험, 기계공학부, 중앙대학교, 실험결과보고서, 그래프 및 결론 포함, A..

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