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한양대 ERICA 교양구급법 족보 (A+)

교양 구급법 2주차[응급 처치의 정의]1. 기타 생명의 위험이나 현저한 악화를 방지하기 위하여 긴급히 필요로 하는 조치2. 응급 의료원이 현장에 도착하기 전, 일반인이 부상자에게 적절한 도움3. 부상자의 고통을 경감, 위급상황에서 환자의 생명을 구한다.[동의 종류]1. 명시적 동의 (의식이 있는 경우)- 의식이 있는 성인 환자/ 미성년 환자라면 보호자에게 직접적인 동의를 구함2. 묵시적 동의 (의식이 없는 경우)- 환자가 의식이 없거나, 생명이 위험하여 명시적 동의를 받을 수 없을 때 동의를 한 것으로 간주하고 응급처치를 시행그러나 동의 없이 응급처치를 행하는 것은 폭력으로 간주될 수 있음.[응급처치원이 알아야 될 사항]1. 자기자신의 안전 확보가 최우선, 후에 응급처치법 교육을 받았음을 밝히고 방법 설명 후, 보호자의 동의를 받는다.2. 의약품을 사용하지 않는다.3. 생사 판정을 하지 않는다.4. 응급처치의 범위를 넘지않는다.5. 회복을 돕기 위해 환자를 안정시킨다.6. 응급의료기관에 보내기 위하여 가능한 한 빨리 앰뷸런스를 요청한다.[응급처치의 목적]1. 생명을 살리기 위하여- 기도를 개방하고 호흡과 순환을 확인/ 출혈을 멈추게 하라2. 부상 악화를 방지하기 위하여- 절대 환자를 움직이지 마라.3. 전문 의료원 도착 전까지 환자의 현저한 부상의 악화를 방지하기 위하여[중간고사]응급처치의 정의응급처치의 목적뇌질환과 심장질환 단계CPR 순서CPR 압박 포인트[기말고사]하임리히법절단 부위 보관법3C근골격계의 손상PRICE(교양 구급법 3주차)[선한 사마리아인법]-위험에 처한 사람을 구조하지 않은 사람을 제제 (과거)-구조 중 실수가 있더라도 구조자 보호 (현재)[적용 경우]-위급한 상황에서 보상을 바라지 않고 행동한 경우-올바른 신념에 따라 행동할 때-생명이 위급한 환자부터 구조-악의에 찬 행위, 또는 지나친 과실을 범하지 않았을 때[위급상황에 따른 단계별 행동]1. 위급상황 인지- 청각, 시각, 후각, 증상과 증후2. 119 신고- 응급상황에서 당신이 어떻게 없어짐, 식은땀이 나며 현기증을 일으킴, 메스꺼움을 느끼며 구토나 헛구역질을 한다4. 쇼크 발생시 처치 자세4-1. 출혈이 존재하지 않을 때- 머리와 몸을 수평으로 눕혀서 심장과 뇌로 흐르는 혈액의 양을 많게 한다.- 머리에 부상이 없으면 하체를 20~30cm 정도 높여준다.4-2. 출혈이 존재할 때- 가슴에 부상을 당하여 호흡이 힘든 경우 머리와 어깨를 높게 하여 호흡을 쉽게 한다- 의식이 없는 환자를 무리하게 일으키거나 움직이지 않는다- 기도 확보가 가장 중요하다5. 쇼크 발생 시 보온- 체온을 정상적으로 유지하기 위해 옷, 신문지 등의 대용품 사용- 일사병 등의, 높은 열은 시원하게 해준다6. 쇼크 발생 시 음료-술 등의 자극성이 있는 음료를 주어서는 안된다-열사병, 일사병, 심한 설사로 인한 탈수 등은 수분을 섭취하는 것이 좋다- 수술 가능성 존재, 음식물XQ&A응급처치의 목적?응급처치 전에 선행 돼야하는 것? (동의)착한 사마리안 법이란?응급상황 시 3C는?쇼크 시 올바른 자세?(교양 구급법 4주차)[인체의 구조적 단계](원자-분자-생체 고분자-소기관)-세포-조직-기관-계통-개체1. 계의 종류-순환기계, 소화기계, 호흡기계, 비뇨기계, 골격계, 근계[세포의 기능 및 구조]1. 세포의 기능: 에너지 생산, 단백질 합성 및 유전정보 조절, 자가 분해, 분열 및 재생1.1 생존기간소장 상피세포 1주일적혈구 120일간세포 1년 6개월조골세포 7년신경, 심장, 골격근 평생2. 세포의 구성: 세포막, 핵, 세포질[골격계]1. 골격계의 구조206개 (사진)2. 골격계의 기능지지 기능, 보호기능, 지렛대 기능, 조혈 기능, 무기질 저장 기능[근육]1. 근육의 종류근육은 인체의 36~40%골격근 (횡문근, 수의근)심장근 (횡문근, 불수의근)내장근 (평활근, 불수의근)2. 근육의 구조근절-근세사-근원섬유-근섬유-근다발-근육2.1 근원섬유액틴과 마이오신이 서로 붙었다 떨어졌다 하면서 근육이 움직임 (마이오신 머리)(교양 구급법 5주차)[순환계]1. 순환계란?-물질의 흡?지질 수송 역할을 한다.(고지방을 먹으면-> 콜레스테롤이 증가하고-> 혈관성 질환이 발생하여-> 사망)그러나 콜레스테롤도좋은 콜레스테롤 (HDL-C), 분자 당 지질 결합 많음나쁜 콜레스테롤 (LDL-C) 로 구분, 분자 당 지질 결합 적음종류는 결합 단백질의 high density / low density 차이콜레스테롤의 70%는 체내 합성, 30%는 음식2. 콜레스테롤의 기능콜레스테롤은 비타민 A, E, K, coenzymeQ10 같은 지용성 영양소를 몸 전체에 운반한다콜레스테롤은 성 호르몬, 부신 호르몬, 담즙과 비타민 D의 원료이다.세포막의 구조물질로서, 세포막의 구조적 안정과 투과성 유지특히, 뇌에는 우리 몸 전체 콜레스테롤의 25%가 함유 (뉴런의 구조에 콜레스테롤이 있다.)뇌는 인지, 감정, 기억, 학습의 역할을 한다. 신체활동을 관리한다. 항상성을 유지한다.3. 콜레스테롤의 혈관에서의 움직임3.1. 정상적인 움직임내피는 혈관 내강을 보호하는 세포층으로 구성돼있다LDL은 지질을 운반하는 운반체이다. 지질이 부족한 세포에 정상적으로 운반된다.LDL과 VLDL은 내피를 침범하고 내피층으로 침투된다.LDL 입자는 내피 세포 내에서 활성산소와 당에 의해 산화, 당화 되어 최종적으로 산화된다.산화된 LDL은 염증을 일으키고 그 염증을 제거하기 위해 Selections과 VCAMS는 내피세포에 단핵구를 부착시킨다.단핵구가 내피 공간을 통해 내피 하로 유입 된 후 염증을 섭취한다,HDL 입자가 대식세포로부터 콜레스테롤을 섭취한 뒤 간으로 이송된다 -> 콜레스테롤 제거3.2. 비정상적인 움직임3.1의 과정을 거치고도 염증이 많이 남아 조절을 못하면 콜라겐 섬유의 매트릭스가 발현되고 캡이 두꺼워지고 플라크가 동맥 내강을 침범하여 폐색성 질환을 일으킬 수 있다. 이는 곧 혈관 내벽이 줄어드는 것을 의미. 크기가 점점 커져 내벽 파열이 발생하면 이를 회복시키고자 혈소판이 내피에 축적. 축적된 혈소판으로 인해 피브리노겐과->피브린이 생성되는데, 증가한 피브리노겐 수치다시. 충전되면 또 펑~5-5. recovery position의식을 회복한 후에는 토사물 등이 자연스레 나올 수 있도록 자세를 비스듬하게 잡아줌수행평가 주의 사항흉부 압박 시 손꿈치로 압박한다.환자에게 호흡 불어넣을 때 흉부 시선, 움직임 확인하기(교양 구급 - 10주차)[기도 폐쇄]1. 기도 폐쇄기도의 완전 폐쇄는 수 분내에 사망을 초래할 수 있는 응급상황이다.이물에 의한 기도 폐쇄는 소아나 노인에서 주로 발생한다.2. 기도 폐쇄의 원인음식물, 장난감, 이완된 혀, 물, 구토물3. 기도 폐쇄 증상소리 안나는 기침, 목을 움켜쥐는 동작, 심해지는 호흡곤란, 청색증 발생, 발성이나 호흡 불가능4. 기도 폐쇄 시의 응급 처치4.1. 주의 사항1. 등을 함부로 치지 말 것 = 반쯤 걸려있는 이물질을 기도 쪽으로 더 밀어 넣을 수 있기 때문2. 손가락을 넣어 빼지 말 것 = 이물질이 기도 깊숙히 내려가 배출이 힘들며, 흉곽 내압 형성이 어렵다.3. 일반적인 경우 119에 바로 신고하라4.2. 하임리히법 (5:5)1. 등을 칠 때는 앞으로 숙이게 하고 등을 친다 (5회), 복부를 밀어낸다 (5회)2. 혼자 있는 상황이라면 의자 모서리에 인위적 압박을 가해 위 과정을 시행한다.(교양 구급 - 11주차)[열과 냉에 의한 손상]1. 발생하는 부위열과 냉에 의한 손상이 발생하는 부위는 주로 피부이며 기능은 다음과 같다.-보호, 지각, 호흡, 분비, 배설, 체온 조절, 면역 항체 생산, Vitamin D의 생산2. 손상의 증상-피부 파괴, 감염, 체액 손실, 체온 조절 기능 상실3. 손상의 종류손상의 종류에는 화상, 동상, 저체온증 등이 존재한다.3.1. 화상[화상의 정의]-화상이란 열, 마찰열, 태양열, 화학물질등에 의해 피부점막이 손상되는 것을 의미한다.-화상은 화상 원인에 따라, 열, 화학 약품, 전기, 태양열로 구분하며-화상은 화상 깊이에 따라 1도, 2도, 3도, 4도로 구분된다.-1도에서는 얼얼함, 2도에서는 심한 통증, 3도에서는 통증을 느끼지 않는 경우가 있다.하다, 회색의 피부 괴사가 발생4도: 관절이 쑤시는 통증, 초기에는 얼룩덜룩한 반점, 이후 피부 색깔이 검은색으로 변함[동상의 응급처치]-환자를 추운 환경으로부터 따뜻한 환경으로 옮긴다.-젖은 의복을 벗기고 따뜻한 담요로 몸 전체를 감싼다.-혈액의 순환을 원활히 하고 세포 사이의 결빙을 풀어주기 위해, 동상 부위를 38-42도 정도의 따뜻한 물에 20-40분 정도 담근다.-귀나 얼굴의 동상은 따뜻한 물수건을 대고 자주 갈아준다.-동상 부위를 약간 높게 하여 통증과 부종을 줄여준다.3.3. 저체온증 (Hypothermia)[저체온증의 중상]오한, 감각상실, 흐릿한 시력, 무관심, 의식 상실[응급 처치]-환자의 호흡과 순환을 확인하고, 젖은 옷을 벗기고 몸을 말려라.-몸을 따뜻하게 담요 등으로 감싸고, 환자를 따뜻한 곳으로 옮겨라-신체를 갑자기 따뜻하게 하는 것을 위험하므로 신체를 점차 따뜻하게 하라.4. 상처상처의 종류에는 개방형 상처와 폐쇄형 상처가 존재한다.4.1. 개방형 상처-찰과상, 열상, 자상, 걸출상, 절단상 등이 존재한다.[응급처치]-반드시 세척하여 감염을 예방한다. 가벼운 상처는 흐르는 깨끗한 물로 세척, 물에 담그지 않는다.-동물에 물린 상처, 불결하고 너덜너덜한 상처, 찔린 상처는 바로 병원으로 이송 (감염 가능성)-봉합이 필요한 상처나 자상에는 항생연고를 사용하지 않도록 한다.-상처 보호를 위해 소독 드레싱을 사용하며, 지혈과 오염을 예방한다. 붕대는 드레싱을 고정할 때 사용1) 눈의 상처종이컵으로 지지대를 만들어 이물질을 지지, 붕대로 고정한다.2) 이물질이 남아있는 상처이물질을 제거하지 말고, 소독된 거즈나 붕대로 이물질을 고정한다.3) 절단절단된 부위에 직접 압박과 압박 드레싱을 적용하여 지혈지혈법은 직접 압박, 동맥점 압박, 거상이 있다절단 부위를 찾아 환자와 함께 병원으로 이송한다.[절단 부위]절단 부위를 차게 보관하지 못하고 6시간이 경과되면 살릴 가능성이 희박하다.제 대로 차게 보관하면 최장 18시간 까지 생존이 가능하다.보관은 다.

교육학| 2024.09.29| 21페이지| 11,000원| 조회(335)

한양대, 교양구급법, 한양대ERICA, 교양구급법 족보, 교양구급A+

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한양대학교 에리카 일반물리학실험2 / 4.RLC 교류 회로 특성 실험 데이터 (A+)

1. 실험 제목RLC 교류 회로의 특성 실험 데이터2. 실험 목적RLC 회로에서의 R은 저항을, L은 유도코일을, C는 축전기를 의미한다. 각각의 회로 부품들은 가해진 교류 전압에 대해 서로 다른 양상의 전류 반응을 보인다. 각 회로 부품들을 통해 발현된 교류 전류의 진폭 값은(크기) 직류에서 적용됐던 옴의 법칙이 적용돼, 같은 방식을 통해 소자의 용량들을 결정할 수 있다. 해당 실험에서는 입력교류전압, 발생된 교류 전류, 소자의 전기적 특징인 용량과의 상관관계에 대해 알아본다. 또한 RLC 회로에서 각각의 부품들을 직렬로 연결 후, 교류 전압을 가해주면 교류 전류의 위상과 크기가 각 소자에 대해 각기 다른 값들을 갖는데, 값들의 도출 과정을 알아본다. 해당 실험은 그동안 진행하였던 직류와는 달리 교류 방식의 전압 공급을 하므로, 직류 회로와는 다른 교류 회로에서의 특성들을 알아볼 수 있다.3. 이론3.1 RLC 회로RLC 회로란 회로의 이름 그대로 저항기와 축전기, 그리고 유도기를 포함하고 있는 회로이다. RLC 회로는 직렬과 병렬로 구성 가능하며 해당 그림에서 좌측은 직렬 연결의 RLC 회로를, 우측은 병렬 연결의 RLC 회로를 의미한다. 좌측의 RLC 직렬 연결 회로에 유도기 전력 장치를 연결하게 되면 해당 장치에 의해 유도된 교류기전력이 발생하게 되는데, 이를 식으로써 나타내면 아래와 같이 표현된다.(수식1)저항기와 유도기, 그리고 축전기가 직렬로 연결돼있기에 해당 회로에 흐르는 전류는 다음의 수식을 통해 계산이 가능하다.(수식2)그러므로 실험에서 Capstone Program을 통해 전류 값과 시간차 값을 구하게 된다면, 그로부터 위상차 와 진폭, 각진동수등을 구할 수 있다.3.2 저항기 회로저항기 회로란 좌측의 그림처럼 직렬 회로에 하나의 저항기, 그리고 교류 기전력을 공급해주는 전압 공급 장치로 이루어진 회로이다. 키르히호프의 제2법칙인 전압 법칙에 의하면 폐회로 내의 전압의 합은 모두 0이고, 이를 수식으로 표현해주면 다음과 같다.(수식3)또한 당 식에서 전기용량에 걸린 교류 퍼텐셜 차의 진폭을 의미한다. 또한 전기용량의 정의와 전류의 정의, 미분을 이용하여 위의 식을 전류로 표현해주면(수식8)과 같이 표현 가능하고, (수식8)에 축전기 반응 저항 를 넣어주게 되면 최종적으로 다음과 같음을 알 수 있다.반응 저항은 축전기의 전기용량과 함께 에 의해서도 영향을 받는 값이며 시간상수에 해당하는 에 따라 는 저항과 같은 단위인 이라는 것을 알 수 있다. (수식8)은 사인함수로서 표현이 가능한데 과정은 다음과 같다.위 식을 (수식8)의 형태로 다시 써주게 되면 아래와 같다.(수식9)위의 식에서 는 의 진폭에 해당한다. 또한 중간 유도 과정의 식과 (수식9)에서의 관계를 통해 위상상수라는 것을 알 수 있다. 좌측의 그림을 통해 알 수 있듯이, 축전기 회로에서 전류와 퍼텐셜 차는 - 만큼 존재한다. 전류의 그래프가 퍼텐셜보다 1/4 주기 먼저 최댓값에 도달한다는 것을 파악 가능하고, 위상자는 시계 반대 방향으로 돌며 가 만큼 를 앞서간다.3.4 유도기 회로유도기 회로란 좌측의 그림처럼 직렬 회로에 하나의 유도기, 그리고 교류 기전력을 공급해주는 전압 공급 장치로 이루어진 회로이다. 키르히호프의 제2법칙인 전압 법칙에 을 이용하여 (수식4)를 유도한 방식을 사용한다면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.(수식10)이 식에서 은 의 진폭을 의미한다.유도기전력이 변화할 때 변하는 유도용량 L의 퍼텐셜 차는이며, 이를 (수식10)에 대입해주게 된다면 다음과 같은 식을 얻는다.(수식11)위 식은 전류의 미분관계 식이므로 전류를 구하기 위해 양변을 적분해주면(수식12)이고 반응 저항을 구하기 위해 유도기 반응저항 을 (수식12)에 대입하면이며 해당 값은 에 따라 변화한다. (수식12)의 코사인함수의 사인함수로서의 표현은 의 식을 이용한다. (수식12)를 위의 두 식들을 통해 정리해주면 다음과 같다.(수식13)해당 수식을 (수식9)의 형태로 정리해주면 최종적으로 다음과 같은 수식이 나온다.(수식14)(수식14)와 (수식13)에그림 4는 각각 위상자 과 위상자 의 백터합이 같다는 것을 의미한다. 그렇기에 그림 4에서의 은 피타고라스의 정의를 이용하여 계산 가능하고 식은 다음과 같다.(수식15)위의 식을 정리해주고 임피던스(Z)로 정리해주게 되면 다음과 같다.(수식16)3.6 위상상수그림 4에서 나타난 위상자 삼각형을 식을 통해 표현하면 다음과 같다.(수식17)위 식을 통해 와 의 값에 따라 위상상수 값이 변화함을 알 수 있다. 일 때 는 양수값을 갖게 되고 위상자 는 의 뒤에서 회전하게 된다. = 일 때는 위상자 가 과 함께 회전하며 공명한다.3.7 공명 주파수(수식17)은 각진동수 로 표현해주게 된다면 다음과 같다.(수식18)또한 위 (수식18)은 강제 각진동수가 인 외부의 교류 기전력과 연결돼 있는 회로의 전류 진폭을 각진동수에 대해 나타낸 것으로도 볼 수 있다. 또한 저항값이 일정할 때에 해당되는 최대 진폭값은 일 때이고, 이는 곧 일 때 발생한다는 것을 의미한다. 이를 통해 다음을 알 수 있다.(수식19)RLC 회로의 자연 각진동수 는 와 같은데, 전류 진폭 의 최댓값은 일 때 발생하게 되고 이러한 현상을 공명이라고 한다. 이를 수식으로 이해해본다면, RLC 회로에서 공명 현상이 발생하고 최대 전류 진폭I가 발견되는 조건은위와 같고 이를 공명 주파수라고 한다.4. 장치 및 방법4.1 장치멀티미터 – 각 회로에 사용되는 축전기, 저항, 유도기의 저항값, 전기용량 등등을 측정한다.Bread Board – 회로의 구성 기본 토대이며, 축전기, 저항등의 부품을 통해 회로를 구성한다.Banana plug cable – 850 interface와 연결하여 전압 공급을 전달해주는 선이다.Pasco 850 interface – 교류 전압을 흘려보내고, 이를 측정해준다.축전기 – 축전기 회로를 만들 때 필요한 부품이다.저항 – 저항 회로를 만들 때 필요한 부품이다.유도기 – 유도기 회로를 만들 때 필요한 부품이다.4.2 방법(1) 저항 회로1. 비치된 850 interface를 USB 연결 전압이 가해질 때 흐르는 교류 전류와 교류 전압을 비교하는 회로를 구성한다.2. 컴퓨터의 바탕화면에 Capstone 프로그램의 제목이 ‘RLC circuit.cap’인 파일을 실행한다. 프로그램 화면의 좌측 메뉴 바에서 ‘signal generator’ 버튼을 누르고 850 interface의 출력 단자 설정에서 신호발생기의 진폭 가 , 주파수는 100hz의 사인파로 설정한다.4. 프로그램 창의 하단 좌측에 있는 ‘Monitor’ 버튼을 눌러 실험을 시작한다. 1~2 주기의 사인 파가 그래프에서 관측 될 수 있도록 가로 시간 축을 조절해준다. 후에 ‘stop’ 버튼을 눌러 측정을 종료한다. Scope 화면 상에서 측정된 전류의 진폭과 전압과의 위상차를 읽고 측정값으로서 기록한다. 위상차는 5(실험결과)에 나와있는 공식을 참고한다. Dl 외의 값들은 구한 측정 값들을 바탕으로 계산한다. 만약, 측정 시 사인파가 좌우로 흔들린다면, 그래프 상단의 트리거 기능을 사용하여 안정화 시킨다.5. 측정된 화면의 scope 그래프를 캡쳐하여 레포트 작성시에 참고자료로서 활용한다.(3) 유도기 회로1. 전압의 공급은 교류 전류로 하고, 저항 L=100에 교류 전압이 가해질 때 흐르는 교류 전류와 교류 전압을 비교하는 회로를 구성한다.3. 컴퓨터의 바탕화면에 Capstone 프로그램의 제목이 ‘RLC circuit.cap’인 파일을 실행한다. 프로그램 화면의 좌측 메뉴 바에서 ‘signal generator’ 버튼을 누르고 850 interface의 출력 단자 설정에서 신호발생기의 진폭 가 , 주파수는 100hz의 사인파로 설정한다.4. 프로그램 창의 하단 좌측에 있는 ‘Monitor’ 버튼을 눌러 실험을 시작한다. 1~2 주기의 사인 파가 그래프에서 관측 될 수 있도록 가로 시간 축을 조절해준다. 후에 ‘stop’ 버튼을 눌러 측정을 종료한다. Scope 화면 상에서 측정된 전류의 진폭과 전압과의 위상차를 읽고 측정값으로서 기록한다. 위상차는 5(실험결과)에 나와있는 공식을 향을 보이는 것을 알 수 있다. 또한 이론에서의 계산식을 봤을 때도, 분모에 주기가 들어있으니 주기가 증가하면 감소하는 값임을 알 수 있다. 즉, 실험과 이론에서의 내용이 부합함을 확인할 수 있었다. 또한 위상차 계산을 통해 전압에 비해 전류가 1.51rad 정도 앞선 다는 것 또한 확인할 수 있었다. 세번째 순서였던 유도기 회로에서는 유도코일 로 회로를 구성하고, 850 interface를 통해 전압, 전류와 시간 간의 그래프를 구하였다. 축전기 회로와는 달리, 유도기 회로의 실험 결과 에서는 주파수 값이 커짐에 따라 유도기 반응 저항 은 증가하는 경향을 보았다. 또한 유도기 반응 저항의 이론값을 구할 때 필요한 공식은 로, 주파수와 비례 관계인데, 이를 통해 이론과 실제 실험에서의 경향성이 성립한다는 것을 다시금 확인이 가능했다. 실험을 통해 구한 전압, 전류의 위상차 또한 전류가 전압보다 평균적으로 1.1rad 정도 뒤쳐진다는 결과 값을 얻을 수 있었고 이는 오차 고려 시 이론의 내용이 성립한다고 생각해 볼 수 있다. 마지막 실험이었던 RLC 회로에서는 앞서 사용한 저항기, 축전기, 유도코일을 모두 이용하여 회로를 구성하였다. 결과괎을 얻는 과정은 위의 실험들과 같았다. 또한 공명 주파수를 통해 공명주파수에서의 전압과 전류의 최댓값을 이용해 임피던스(Z)를 구할 수 있었다. 또한 그래프에서 주어진 시간차 계산을 통해 전류와 전압간의 위상차는 존재하지 않음을 확인할 수 있었다.6.2 토의1) RLC 회로와 공진 주파수앞서 이론에서 다뤘던 내용처럼 RLC 회로에서 전류가 가장 많이 흐를 때는 축전기 반응 저항과 유도기 반응 저항이 일치할 때인 이며, 이는 즉 Z값인 임피던스가 최소일 때를 의미한다.그러므로 공진주파수는 임피던스 값이 최솟값을 가질 때의 주파수 값이라고 생각해볼 수 있다.또한 RLC 직렬회로에서 공진 주파수보다 큰 주파수 값을 세팅 후 측정하였을 땐 위상이 전류가 전압보다 뒤쳐지게 되는데, 이는 유도기 반응 저항 값이 축전기 반응 저항보다 큰 5p

공학/기술| 2024.07.10| 23페이지| 1,500원| 조회(243)

한양대학교, A+, 일반물리학실험, erica, 한양대에리카

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한양대학교 에리카 일반물리학실험2 / IC-PBL (A+)

1. 실험 제목1.1. 주어진 2개의 미지 부품의 종류와 각각의 용량 구하기1.2. 유도기가 이론값과는 달리 위상관계에서 오차를 보이는 이유를 RLC 회로를 이용하여 정량적으로 알아보기2. 실험 목적2.1. 한 학기 동안 배운 내용을 응용하여 문제를 해결한다. 미지 부품의 종류를 구할 때는 전류와 전압 간의 위상차를 측정하여 해당 부품이 어느 부품인지를 알 수 있을 것이며, 용량을 구할 땐, RC회로에서의 전하, 전류 함수 등을 이용하면 구할 수 있을 것이다. 실험을 통해 해당 가설이 맞는지 확인해본다.2.2. 한 학기 동안 배운 내용을 응용하여 문제를 해결한다. 유도기가 이론값과 달리 위상관계에서 약 30% 정도의 오차를 보이는 이유는 그 안에도 추가적인 내부 저항값이 존재하기 때문일 것이다. 또한 그 저항의 용량은 RLC 회로에서의 임피던스(Z) 값을 이용하면 구할 수 있을 것이다. 실험을 통해 해당 가설이 맞는지 확인해본다.3. 이론 및 원리3.1. 저항저항이란 저항기가 갖는 물리적 특성으로, 도선 내에서 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도를 나타낸다. 저항의 기호는 R로, 전류 밀도의 정의 로부터 유도가 가능하다. 사용될 식을 미리 구해보면 다음과 같다.(수식1)도선이 두 평행 판의 구조를 갖는다고 생각해보면 도선의 두 지점에서의 전위차는 평행판에서의 전위 식인 와 같고, 앞서 유도한 E값을 이에 대입해주면 다음과 같다.(수식2)해당 값에서 을 저항으로서 정의하며 위의 식에서 해당 값을 R로 바꿔주면 옴의 법칙이 만들어지는 것을 볼 수 있다. 이를 통해 전압이 일정할 때 저항 값이 클수록 흐르는 전류는 적어진다는 저항의 물리적 특성을 다시 확인할 수 있다. 비저항이 물질의 특성인것과는 달리 저항은 물체의 특성에 해당하는데, 이는 저항의 정의에서 확인할 수 있다. 에서 A는 도선의 면적, L은 도선의 길이이다. 즉, 저항은 도선의 길이에 비례하고 면적에 반비례한다는 사실을 알 수 있다. 그렇기에 이는 물체의 특성에 해당한다. 또한 이러한 수식적 관계 외에도. 또한 축전기를 전하를 저장하는 동시에, 에너지 또한 저장할 수 있는데, 이는 전기적 퍼텐셜 에너지와 전기 퍼텐셜 차의 정의를 이용하여 구한다. 이들의 관계에 의해 라는 것을 알지만, 축전기에서의 전위차 V는 q에 따라 변하는 변수이므로 단순한 곱을 할 수 없다. 그렇기에 전위차를 전하에 대한 함수 로 생각해볼 수 있고, 이를 적분해주게 되면 그 과정은 아래와 같다.(수식5)이를 통해 축전기에 저장되는 에너지는 전기용량에 반비례하고 저장되는 전하의 제곱에 비례하는 값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 또한 축전기는 여러 개가 직렬, 혹은 병렬 연결을 하였을 경우도 생각해볼 수 있는데, 이때 그들의 전기용량의 합은 병렬의 경우 등가회로에서 C는 각 축전기의 총 합으로, 직렬의 경우 등가회로에서 C는 1/C 가 각 축전기의 전기용량 역수의 총 합으로써 계산된다.3.3. 유도기전류계에 도체 고리를 연결하였을 때, 만약 전지와 같은 기전력의 공급 장치가 존재하지 않는다면 도체 도선은 등전위를 이루고 있기에 전류가 흐르지 않게 된다. 그러나 이러한 전류가 흐르지 않는 회로에 자석을 가져다 전류고리쪽으로 움직이게 되면 전류가 흐르게 되고, 반대로 자석이 전류 고리로부터 멀어진다면 전류가 흐르는 방향이 바뀌는 현상이 발생하는 것을 관찰할 수 있다. 이러한 현상이 발생함을 통해 알 수 있는 사실은 다음과 같다. 자석의 운동이 회로를 통과하는 방향으로 존재 할 때 전류가 흐르고 운동이 없어진다면 전류 또한 사라진다. 또한 운동의 세기와 관련해서는 운동의 속도가 빠를수록 더 큰 전류가 흐르고, 느릴수록 빠를 때에 비해 상대적으로 작은 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다. 이렇게 자석에 의해 고리에 유도되는 전류를 유도전류라고 하며 이러한 유도 전하가 생길 수 있도록 단위 전하당 한 일은 유도기전력이라고 한다. 유도 전류와 유도기전력의 크기를 결정하는 물리적 요인은 전류 고리를 통과하는 자기장선의 개수가 변하는 비율이다. 그러므로 자기장 세기의 변화가 크다면, 크기의 변화 또한 크다현해주면 다음과 같다.(수식12)또한 해당 수식을 기전력 표현의 또다른 식인 (수식10)에 대입 해주면 다음과 같은 식이 나온다.(수식13)해당 식에서 저항기에 공급되는 교류 전압 차의 진폭 은 교류 기전력의 진폭과도 같기에(수식14)로 표현이 가능하고, 측정값이 전류이므로 이를 전류에 대한 수식으로 바꿔주기 위해 옴의 법칙 을 적용해주면 다음과 같은 식이 표현된다.(수식15)또, 전류 수식 을 위의 식에 대입해주면 최종적으로 다음의 수식이 나온다(수식16)은 전류의 진폭에 해당하며 옴의 법칙에 따라 이 성립하게 된다. 여기서 과 은 시간에 따른 변수 의 함수로서 표현이 가능하다. 이러한 관계는 전류와 전압의 위상이 같고, 각각의 최댓값과 최솟값 ()이 같은 간격으로 나타난다는 관계를 알 수 있다.이는 곧 전압과 전류 두 물리량의 시간에 대한 그래프의 주기가 같다는 것을 의미한다. 또한 좌측의 그림처럼 두 그래프는 모두 원점을 기준으로 시계 반대 방향으로 회전하며, 각속도 값은 전류와 전압의 각진동수와 같은 값을 갖는다. 또한 전류와 전압은 같은 위상을 갖기에 두 그래프는 서로 같은 위상자 값을 가지며 같은 회전각으로 회전을 하게 된다. 이때의 각각 전류와 전압은 이며 이다. 위상자의 길이는 양의 진폭을 의미하며 전압에서는 , 전류에서는 을 의미한다.3.7. 교류 축전기 회로축전기 회로란 좌측의 그림처럼 직렬 회로에 하나의 축전기, 그리고 교류 기전력을 공급해주는 전압 공급 장치로 이루어진 회로이다. 키르히호프의 제2법칙인 전압 법칙에 의하면 폐회로 내의 전압의 합은 모두 0이고, 이를 수식으로 표현해주면 전기용량의 퍼텐셜차는 다음과 같다.(수식17)는 해당 식에서 전기용량에 걸린 교류 퍼텐셜 차의 진폭을 의미한다. 또한 전기용량의 정의와 전류의 정의, 미분을 이용하여 위의 식을 전류로 표현해주면(수식18)과 같이 표현 가능하고, (수식8)에 축전기 반응 저항 를 넣어주게 되면 최종적으로 다음과 같음을 알 수 있다.(수식19)반응 저항은 축전기의 전기용량과 함 그려져 있다. 그림에서 볼 수 있듯이 저항기는 퍼텐셜과 전류의 위상이 같고, 전기용량은 전류가 퍼텐셜보다 앞서가며, 유도기는 전류가 퍼텐셜보다 뒤쳐지는 모습을 보이고 있다. 이러한 결과 때문에 저항기의 의 회전각은 전류 위상자와 같은 값을 갖으며, 전기용량에서는 I가 퍼텐셜보다 큰 값을, 유도기에서는 I가 퍼텐셜보다 작은 값을 갖게 된다. 그림3은 기전력 장치를 나타내는 위상자 그래프이다. 그림3에서 위상자의 길이는 이며 이를 수직축 위에 사영했을 때 나오는 값은 그 시간에서의 기전력에 해당한다. 또한 위상자의 회전각은 해당 시간에서 기전력의 위상인 을 나타낸다. 키르히호프의 제2법칙을 통해 임의의 시간 에 대한 각 퍼텐셜 의 사영 벡터의 합은 사영 와 같다. 이러한 내용을 토대로 그림 4는 각각 위상자 과 위상자 의 백터합이 같다는 것을 의미한다. 그렇기에 그림 4에서의 은 피타고라스의 정의를 이용하여 계산 가능하고 식은 다음과 같다.(수식27)위의 식을 정리해주고 임피던스(Z)로 정리해주게 되면 다음과 같다.(수식28)3.10. 위상상수그림 4에서 나타난 위상자 삼각형을 식을 통해 표현하면 다음과 같다.(수식29)위 식을 통해 와 의 값에 따라 위상상수 값이 변화함을 알 수 있다. 일 때 는 양수값을 갖게 되고 위상자 는 의 뒤에서 회전하게 된다. = 일 때는 위상자 가 과 함께 회전하며 공명한다.4. 실험 장치 및 방법실험 장치)850 interface – Breadboard 위에 구성된 회로에 교류 전압을 공급해주며 동시에 전압과 전류 값또한 측정해준다.Capstone program – 850 interface로부터 얻은 정보들을 그래프로 표현해준다.Breadboard – 회로를 구성할 수 있는 기본 틀이며 위에 부품들을 배치함으로서 회로로 작동한다.저항기 – 저항기는 전류의 흐름을 방해해주는 역할을 한다. 또한 각 용량을 구할 때도 값이 쓰인다. 전류와 전압 간의 위상차가 존재하지 않는다.축전기 – 전하를 저장하는 장치로, RC회로, RLC 회로의 않았다. 이를 통해 미지 부품은 교류 전압에서 위상차가 존재하지 않는 저항이라는 사실을 알 수 있었다. 이를 통해 측정 값으로부터 저항값을 계산해보면 전류의 진폭은 이므로미지 저항의 크기 이며 실제 LCR 미터를 통한측정 저항값(462과의 차이는 이었다.2) 두번째 미지 부품두번째 미지 부품에서는 전류와 전압 간의 그래프에서 위상차가 발생하였는데, 이때 전류는 전압보다 앞서 있었다. 이를 통해 미지 부품은 교류 전압에서 위상차가 존재하고 전류가 전압보다 앞서는 축전기라는 사실을 알아냈다. 측정 값으로부터 전기용량을 계산하여 보면 전류의 진폭은 이다. 그리고 이며 즉,이었다. 실제 LCR 미터를 통한 측정 축전용량 값 과의 차이는 이었다.6.2. 유도기가 이론값과는 달리 위상관계에서 오차를 보이는 이유를 RLC 회로를 이용하여 정량적으로 알아보기1) 주파수의 변화에 따른 위상차의 변화측정실험계산,낮은 주파수일수록 위상차의 이론과 측정의 오차값이 커지고 주파수가 증가할수록 위상차에 관한 오차가 줄어들 것이라는 가설이 성립함을 볼 수 있었다.2)유도기의 내부 저항 구하기유도기의 내부 저항을 구하는 과정은 RLC 회로의 임피던스를 이용하였다. 구성한 회로는 RL회로로, 축전기가 존재하지 않으므로 값을 제거하고 풀이하였다. 과정은 다음과 같다.유도기의 측정값=이고, 이다.해당 식을 R에 대해 풀어주면 이며 측정 값들을 대입해주면토의)첫번째 실험에서 각 미지 부품과 그의 용량을 구하기 위해 사용한 방법은 다음과 같다. 앞서 이론 과정에서 교류 전압을 걸어 주었을 때 각 소자에 발생하는 위상차에 대해 다루었다. 이때 저항기에 발생하는 전류-전압 간의 위상차는 존재하지 않았고, 축전기에서는 전류- 전압 간의 위상차는 전류가 전압보다 앞선다는 내용을 확인할 수 있었다. 그렇기에 미지 부품에 교류 전압을 걸어주면 위상차를 통해 해당 소자가 어떤 부품인지 확인할 수 있을 것이라 생각했고 실제 이를 통해 미지 부품의 종류를 가려낼 수 있었다. 또한 그 용량은 옴의 법칙을 통해 간단023

공학/기술| 2024.07.10| 19페이지| 1,500원| 조회(276)

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한양대 에리카 일반물리학실험1 레포트 일괄 (A+)

1.실험 제목자유낙하 실험2.실험 목적자유낙하를 하는 운동은 가속도가 일정한 등가속도 운동을 하게 된다.등가속도 운동인 자유낙하 운동을 하는 물체의 운동을 관찰하고, 운동 센서와 Capstone 프로그램을 이용해 낙하 거리와 시간, 속도 등을 측정하여중력 가속도를 구한다. 무게가 다른 두 물체의 중력 가속도를 구하여비교해본 후 중력 가속도는 질량과 상관 없이 항상 같은 값을 갖음을 확인해본다.3.이론 및 원리3-1)등가속도 운동등가속도 운동이란 일정한 힘이 가해졌을 때 발생하는 가속도가 일정한 운동이다. 이때 가속도란 시간에 따른 속도의 순간적인 변화량이기 때문에, 등가속도 운동은 속도의 순간적인 변화량이 일정한 운동이라고도 볼 수 있다.가속도가 일정하기 위해선 질량이 존재하는 물질에 대해 운동 상태에 변화를 일으키는 힘이 일정해야한다. 등가속도 운동의 예시로는 마찰이 없는 면에서일정한 힘을 받을 때 물체의 운동, 자유낙하 운동 등이 있다.등가속도 운동을 그래프로 나타내어 보면 다음과 같다.가속도는 시간에 따라 속도가 변하는 정도를 의미하므로 그림(나)의 그래프에서의 기울기는 가속도이다. 가속도 관계식을 통해 수식을 하나 얻어낼 수 있다. 가속도는 = 로 표현이 가능하다. 그리고 등가속도 운동에서는가속도가 계속 일정하므로 평균가속도와 순간가속도가 같아지게 된다.즉, =이고, 해당 식을 정리해보면 위와 같은 수식을 얻을 수 있다.(수식1)관계식을 통해서도 수식1을 얻을 수 있지만, 적분을 통해서도 이를 구할 수 있다. 가속도의 정의 의 양변을 적분해서 유도한다.이고 양변을 부정적분 해주면 , 등가속도 운동이라 는에 무관한 상수이므로, 즉 이 나오게 된다.마지막으로 그래프를 통해서도 구할 수 있다.그림(가)의 면적=이고, = 이다.또한 변위 관계식을 통해서도 하나의 수식을 구해낼 수 있다. 변위는 평균속력과 시간의 곱이다. 즉, 이고 , 에 수식1을 대입해주게 되면 =이 된다. 으로도 표현이 가능하니, 대입해서 식을 정리해보면 아래와 같은 식을 얻을 수 있다.(수ord버튼을 누른 후 1-2초가 경과한 후에 붙잡고 있던 카트를 놓아준다.17. 카트가 elastic bumper에 부딪힌 후 2-3회 반동 운동을 한 후에 측정프로그램의 STOP 버튼을 눌러 데이터 측정을 종료시킨다18. 속도 측정 그래프에서 첫 번째 가속 구간을 찾아 데이터 영역을 설정한 후 그래프 fitting기능을 이용하여 1차 곡선의 기울기 즉 가속도를 찾아낸 후 프로그램의 analysis창에서 추의 총 질량과 가속도 힘을 기록한다 시간적으로 동일한 힘 데이터 구간에서는 작용하는 힘의 평균값을 구하여 기록한다.19. 앞에서와 같은 과정을 추의 질량이 각각20 g, 30 g, 40 g, 50 g 인 경우에 대해서도 진행한다 참고로 스마트 카트 힘 센서의 0점 조정 작업은 매번 할 필요는 없고 힘 센서를 850 인터페이스에 처음 연결하여 전원이 가해졌을 때 초기에 한 번만 수행하면 된다 센서를 850인터페이스와 분리하였다가 다시 연결했을 경우에는 다시 한번 0 점 조정 작업을 진행한다.5.실험 결과위의 표의 값은 스마트 카트의 운동 센서에서 측정한 추의 질량에 따른 값들의 기록이다. 아래의 표의 값은 Capstone 프로그램의 analysis 창에 가속도와 힘의 값을 순차적으로 입력했을 때 나오는 그래프의 기울기와 y절편의 값이다.(그림7)1)추의 질량이 15g인 경우, F의 평균=0.15N(그림8)2)추의 질량이 25g인 경우, F의 평균=0.23N(그림9)3)추의 질량이 35g인 경우, F의 평균=0.30N(그림10)4)추의 질량이 45g인 경우, F의 평균=0.38N(그림11)5)추의 질량이 55g인 경우, F의 평균=0.44N(그림12)6)analysis 창에 위의 값들을 입력했을 때 나오는 1차 함수 형태의 그래프가로축은 가속도이고 세로축은 힘을 나타낸다.6.분석 및 토의6-1) 분석위의 그림7~11에서 x축은 공통으로 시간을 의미하며 y축은 위의 그래프는 속도, 그림12의 그래프는 힘을 의미한다. 가속도는 단위 시간당 속도의 변화량이므로 위의 동에너지는 운동량과 관련 지어서도 정리가 가능하다.위의 수식에서 분모, 분자에 각각 질량 을 곱해주면 다음과 같은 수식이 나온다.(수식7)(수식1)과 같이 이기 때문이다.4. 장치 및 방법4-1)장치스마트 카트– 운동 트랙 위에서 운동하는 물체, 바퀴 축의 마찰력이 매우 작으며, 내부에 Plunger가 존재한다.운동 트랙- 스마트 카트가 운동을 하는 트랙이며 길이는 120cm 정도이다.Capstone 프로그램– 속도와 시간 등의 측정값을 그래프로 나타내준다.850인터페이스– 스마트 카트와 블루투스로 연동하며, Capstone 프로그램에측정된 물리량 값들을 기록한다.Elastic bumper& 고무줄- 운동 트랙의 한 쪽 끝에 설치하며, 카트의 추락을 방지해준다. 고무줄은 카트와 범퍼 간의 충돌 시 카트의 손상을 방지해준다.Magnetic end-stop- 마찬가지로 운동 트랙의 한 쪽 끝에 설치하며, 스마트카트의 트랙 위에서의 운동 범위를 제한해준다.수평계- 내부의 공기 방울을 통해 트랙의 수평을 확인한다.질량막대- 250g이며 스마트 카트의 질량에 변화를 주기 위해 사용한다.Magnetic Bumper- 자기력을 이용해 두 물체 간의 탄성 충돌을 가능케한다.4-2)실험 방법1. 운동 트랙에 elastic bumper와 magnetic end-stop을 설치해준다. 수평계나 카트의 움직임 등을 고려하여 최대한 운동 트랙의 수평을 맞춰준다.2. 빨간 스마트 카트와 파란 스마트 카트에 magnetic bumper를 장착한다.3.실험용 PC의 바탕화면에서 ‘4.운동량보존법칙.cap’ 파일을 클릭하여 측정용 프로그램을 시작한다.4.스마트 카트의 전원을 켠 후, 측정용 프로그램의 왼쪽 메뉴의 ‘Hardware Setup’을 눌러서 무선 스마트 카트를 인식 시킨다. 스마트 카트 센서의 Sampling rate는 100Hz로 설정한다.[1]질량이 다른 두 물체의 폭발1.파란 카트는 왼쪽, 빨간 카트는 오른쪽에 배치한다. 카트의 방향은 화살표가 폭발 시 서로의 운동방향을 향, 총 운동에너지는 약간 감소하였으나 거의 비슷하였다. Red 카트를 밀어주었다가 Blue 카트랑 부딪히게 됐을 때, 정지 해있던 물체와 에너지 손실을 최소화하기 위해 자석을 이용한 간접 충돌을 하였는데, 이때 서로의 운동방향이 바뀌었기 때문에, 운동량의 부호가 서로 다르게 반영이 됐다. 탄성 충돌에서는 두 물체 사이의 에너지의 전달만이 존재하고 운동량 보존 법칙과 에너지 보존 법칙이 성립하기 때문에 두 물체의 충돌 전 후의 총 운동량과 총 운동에너지는 거의 비슷한 값이 나왔다. 이 값에 대한 오차도 현실에서 존재하는 외력인 마찰력과 공기 저항력이라고 생각해 볼 수 있다.7.결론해당 실험에서는 운동량 보존 법칙에 대해 알아보았다. 운동량 보존 법칙이란두 물체 사이의 충돌 직전과 직후에 외력이 작용하지 않는다면 운동량이 보존됨을 의미한다. 하지만 현실에서는 운동하는 물체에 대해 마찰력이나 공기저항등의 외력이 항상 작용하고 있다. 그렇기에 이론처럼 운동량 보존 법칙이 완전히 성립함은 확인하지 못하였지만, 마찰력과 공기저항이 작용하는 힘이 매우 적음을 고려해봤을 때 결과값은 실험 목적에 부합하도록 오차가 크게 나오지 않은 것 같다.8. 참고문헌 (Reference)(1) Walker, Halliday, Resnick, 일반물리학 11판, 201p~215p, 텍스트북스,2020.(2)Raymond A, Serway, John W, Jewett, 대학물리학I 7판, 183p~188p, 체인지러닝,2009.(3)Young, Freedman, 현대물리학 12판, 241p~250p, 자유아카데미, 20091.실험 제목탄도 진자 운동2.실험 목적스프링의 발사 강도를 각각 2단, 3단으로 하여 Steel ball 의 발사 속도와 Pendulum의 회전 각도를 직접 측정해본다. 탄도 진자 운동의 역학적 에너지 보존 법칙과 충돌에서의 운동량 보존 법칙을 통해 Steel ball 의 발사 속도와 Pendulum의 회전 각도를 직접 계산 해보고 측정값과 비교해본다.3.이론 및 원리3- 때는 으로 정의된다.3-3) 평행축 정리평행축 정리란 서로 평행한 두 회전축에 대한 회전 관성들 사이의 관계에 대한 정리다. 이를 통해 한 축에서의 회전 관성을 알면 이와 평행한 임의의 축에서의 회전 관성을 구할 수 있다. 해당 실험에서 또한 Ring과 Disk의 회전 관성의 이론 값을 구할 때 평행축 정리를 사용한다.내부가 비어있는 구조인 Ring의 회전 관성 이론 값을 구할 때는 좌측의 공식을 사용하여 구하고 Disk의 회전 관성 이론 값을 구할 때는 우측의 공식을 사용하여 구한다. 위의 두 공식 모두 회전 축으로부터 거리가 멀어질수록 회전 관성이 커짐을 알 수 있다.3-4) 돌림힘돌림힘은 토크(, 모멘트라고 하며 물체를 회전 시키는 효력을 나타내는 물리량이다. 회전 운동에서의 힘의 역할은 각가속도를 생성한다는 것에 있다. 힘 가 물체를 얼마나 회전시킬 수 있는지는 접선 성분의 크기 뿐만 아니라 힘을 가하는 점이 원점으로부터 얼마나 멀리 떨어져있는 가에 따라서도 달라진다. 이렇게 두 인자를 모두 고려하여 토크(를 로 정의한다. 토크는 다음의 두 방법을 통해 계산할 수 있다.(1) (2)는 의 연장선과 회전축 사이의 수직 거리를 의미하고 이때의 연장선을 의 작용선이라고 한며, 는 의 모멘트팔이다. 또한 토크는 회전에 관한 Newton의 제2법칙으로 회전 운동에 관해 서술 가능하다. Newton의 제2법칙에 따르면 이다. 양변에 을 곱해주면 위의 식에 따라 이 되고 이론3-1)에서 구한 를 대입해주면 이다. 여기서 은 회전 관성 이므로 가 성립한다. 위 공식을 통해 회전 관성이 클수록 돌림힘이 크다는 것을 알 수 있고 회전 관성이 크면 회전을 위해 더 많은 힘이 필요하다는 것을 다시 확인이 가능하다.4. 장치 및 방법4-1) 실험 장치A base와 45cm rod – 두 구성품을 연결하여 지지대 형태의 구조물을 만들어 준다.Stopper – 측정을 위해 잠시 회전 장치를 멈춰야 할 때 회전 장치 사이에 끼워 넣어준다.Rotary motion sensor – .

공학/기술| 2024.07.10| 128페이지| 11,000원| 조회(169)

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한양대학교 에리카 일반물리학실험2 리포트 일괄 (A+)

1. 실험 제목멀티미터와 오실로스코프 사용법 실험 데이터2. 실험 목적앞으로의 실험에 계속해서 사용될 멀티미터와 오실로스코프의 사용법을 익힌다. 직렬 연결 회로, 병렬 연결 회로를 만들어보고 멀티미터와 오실로스코프를 통해 전압, 저항값을 측정해본다. 측정한 실험 데이터를 이용하여 전류와 전압, 저항을 계산해보고 이들의 관계에 대해 알아본다.3. 이론 및 원리3-1) 전류전류는 전자들이 물질 내에서 움직이는 흐름을 의미하며 단위시간동안 어떤 단면적을 통과한 전하의 양을 나타내는 개념이다. 수식으로는 아래와 같이 정의된다.전자는 원자 또는 분자 내에서 전기장의 영향을 받아 이동하며 전류를 생성하며 전류는 전자들의 이동 방향을 따라 움직이고 전기 에너지를 전달하는 역할을 한다. 이때, 전류의 크기는 단위 시간당 흐르는 전자의 수에 따라 결정되는데, 전류의 단위는 암페어(Ampere, 단위 기호: A)이며 1 암페어는 1초당 1쿨롱(Coulomb, 전기양의 단위)의 전자가 흐를 때의 전류를 의미한다. 전류의 발생 요인은 여러가지가 있지만 그 중에서 크게 2가지만 적어보자면, 첫번째, 전기장에 의한 발생이 있다. 전자들은 전기장의 영향을 받아 양전자와 음전자 사이를 움직이는데, 이때 양전자는 전기장을 따라 음전자 쪽으로 이동하게 되므로 전류가 발생하게 된다. 두번째, 전자의 이동에 의해서 또한 발생한다. 금속 같은 전도체에서는 외부 전압(전압 차이)을 가하면 전자들이 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동하는 현상이 발생하는데, 이러한 전자 이동이 전류를 생성하게 된다. 19세기 중반 맥스웰은 맥스웰 방정식을 통해 전류와 전자기 현상에 대한 이론적 기반을 마련하였다. 아래의 그림과 같은 적분식들이 존재한다.전류에는 크게 직류(DC, Direct Current)와 교류(AC, Alternating Current)라는 두 가지 종류가 있다.직류는 전압이 일정한 전류를 의미하며 교류는 전압이 계속해서 일정 주기로 변화하는 전류를 의미한다. 아래의 그림에서 왼쪽이 직류 흐르게 된다.3-3. 저항과 비저항서로 다른 두 물체에 같은 전압을 걸어주더라도 물체에 흐르는 전류의 크기는 다를 수도 있다. 이러한 현상은 저항 때문에 발생하는데 저항이란 전류의 흐름을 방해하는 정도로 도체 고유의 세기 성질에 해당한다. 도체의 저항은 두 점의 전위 차가 V일 때 흐르는 전류 i를 측정하여 결정되며, 이때의 저항 R은 다음과 같이 정의된다.저항의 SI단위는 V/A이며 Ω(ohm) 으로도 표현한다. 물질 내부에서 자유전자들이 이동할 때, 자유전자들은 물질 내부의 핵들과 충돌을 하게 되는데, 이러한 현상때문에 저항이 발생하는 것이다. 또한 저항은 도선의 길이 L에 비례하고 단면적 A에 반비례 한다는 특징을 갖고 있으며 물질의 온도가 높을수록 원자핵들도 진동을 하기에 저항이 커진다는 특징을 갖고있다. 비저항은 물질이 흐르는 전류에 대해 얼마나 세게 저항하는지를 측정한 물리량이다. 비저항은 전기전도도의 역수 값을 가지며 저항률이라고도 한다. 비저항은 전기 저항과는 달리 동일한 물질에 대해 크기에 상관없이 같은 값을 갖는다. 비저항의 정의는 전기장을 전류밀도에 대해 나눈 값으로 정의되며, 아래의 수식으로 표현이 가능하다.비저항의 단위는 전기장과 전류밀도의 SI단위를 이용하여비저항의 분모와 분자를 다른 유도식으로 풀어주면 저항과 비저항의 관계식 또한 얻을 수 있는데, 해당 과정은 아래와 같다.위의 공식을 통해 도선의 길이 L에 비례하고 단면적 A에 반비례 한다는 특징을 다시금 확인할 수 있다.3-4. 옴의 법칙옴의 법칙(Ohm's law)은 도체의 양단에서 전압을 걸어주었을 때 도체에 흐르는 전류가 일정한 법칙에 따르는 것을 의미한다. 옴의 법칙은 1827년 독일의 과학자 Ohm에 의해 발견되어 옴의 법칙이라는 이름이 붙게 됐다. 서로 다른 두 지점에 있는 도체에 일정한 전위차(전압)가 존재할 때, 도체에서 발생하는 저항(resistance)의 크기와 흐르는 전류의 크기는 반비례한다는 것이며� 이를 수식으로 나타내면 아래와 같이 표현된다.위의 공식을 전하량은 로 최대 전하량 값을 갖게 된다. 이를 이용하여 적분 상수를 구하고 식을 q에 대해 정리해주면 아래와 같다.최종적으로 축전기의 전하량 q는 위의 식으로 표현이 가능하다. 일 때 의 값을 갖게 된다. 또한 전류의 정의를 통해 로부터 유도가 가능하며, 과정은 아래와 같다.= =각각 전하량과 전류를 시간에 대한 함수 그래프를 그리면 좌측과 같다. 방전 시 t값이 무한대로 감에 따라 전하량은 충전 초기의 전하량인 0에, 전류 역시 충전 초기의 값인 0에 가까워짐을 확인할 수 있다. 방전을 통해 전하들이 다시 도선으로 가고, 특별한 전원의 공급이 존재하지 않는다면, 도선 내에서 전위차가 존재하지 않는 평형 상태가 될 것이고, 전류가 흐르지 않을 것이기 때문이다.3.5) 저항과 저항기저항이란 도선 내에서 전류의 흐름을 방해하는 정도를 의미한다. 저항은 전류 밀도의 정의 식에서 유도가 가능하다. 도선을 두 평행 판의 구조로 생각해본다면, 도선의 두 지점에서 전위차는 로 표현이 가능하고 이를 E에 대해 풀어주고, 식을 정리해준다면, 이라는 식이 나오게 되는데, 여기서 상수값을 갖는 를 저항R로 정의한다. 저항은 비저항이 물질의 특성인것과는 달리 물체의 특성에 해당하는데, 이는 저항의 공식을 통해 알 수 있다. 저항은 도선의 길이에 비례하고, 면적에 반비례하는데, 이 때문에 물체의 특성에 해당하는 것이다. 환경 요인 또한 저항 값에 영향을 줄 수 있는데, 해당 환경 요인은 바로 온도이다. 온도가 높아지면 물체의 원자들이 활발하게 움직여, 이동하는 자유 전자 혹은 전하들과 부딪힐 가능성이 높기 때문에, 물체의 저항 또한 자연스레 증가한다. 저항기(resistor)는 회로의 소자 중 저항의 성질을 갖고 있는 것이며, 회로 구성에 있어서 전류의 흐름을 제한함으로 인해 회로를 원만하게 작동시키는 역할을 한다. 저항기로부터 저항값을 읽어내는 방법은 다음과 같다. 1,2번째 띠로부터 저항값의 숫자를 읽고, 3번째 띠로부터는 저항값의 단위를 알아낸다. 마지막으로 4번째 띠를 통해력 단자 설정에서 신호발생기의 진폭 가 , 주파수는 100hz의 사인파로 설정한다.4. 프로그램 창의 하단 좌측에 있는 ‘Monitor’ 버튼을 눌러 실험을 시작한다. 1~2 주기의 사인 파가 그래프에서 관측 될 수 있도록 가로 시간 축을 조절해준다. 후에 ‘stop’ 버튼을 눌러 측정을 종료한다. Scope 화면 상에서 측정된 전류의 진폭과 전압과의 위상차를 읽고 측정값으로서 기록한다. 위상차는 5(실험결과)에 나와있는 공식을 참고한다. 만약, 측정 시 사인파가 좌우로 흔들린다면, 그래프 상단의 트리거 기능을 사용하여 안정화 시킨다.5. 측정된 화면의 scope 그래프를 캡쳐하여 레포트 작성시에 참고자료로서 활용한다.(2) 저항 회로1. 전압의 공급은 교류 전류로 하고, 축전기 에 교류 전압이 가해질 때 흐르는 교류 전류와 교류 전압을 비교하는 회로를 구성한다.2. 컴퓨터의 바탕화면에 Capstone 프로그램의 제목이 ‘RLC circuit.cap’인 파일을 실행한다. 프로그램 화면의 좌측 메뉴 바에서 ‘signal generator’ 버튼을 누르고 850 interface의 출력 단자 설정에서 신호발생기의 진폭 가 , 주파수는 100hz의 사인파로 설정한다.4. 프로그램 창의 하단 좌측에 있는 ‘Monitor’ 버튼을 눌러 실험을 시작한다. 1~2 주기의 사인 파가 그래프에서 관측 될 수 있도록 가로 시간 축을 조절해준다. 후에 ‘stop’ 버튼을 눌러 측정을 종료한다. Scope 화면 상에서 측정된 전류의 진폭과 전압과의 위상차를 읽고 측정값으로서 기록한다. 위상차는 5(실험결과)에 나와있는 공식을 참고한다. Dl 외의 값들은 구한 측정 값들을 바탕으로 계산한다. 만약, 측정 시 사인파가 좌우로 흔들린다면, 그래프 상단의 트리거 기능을 사용하여 안정화 시킨다.5. 측정된 화면의 scope 그래프를 캡쳐하여 레포트 작성시에 참고자료로서 활용한다.(3) 유도기 회로1. 전압의 공급은 교류 전류로 하고, 저항 L=100에 교류 전압이 가해질 때 흐르는 교류 전수 있었다. 이러한 오차가 발생한 원인에는 기계 오차, 공기저항, 회전 센서 내의 회전 마찰력, 계산 오차 등이 존재하였으며, 보다 정교한 실험 장치와 이상적 실험 환경이라는 조건을 통해 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다.8. 참고 문헌일반물리학실험, 정희준, 137~149p, 2023일반물리학(개정 11판), D. H. Haliday 외 2명, ㈜텍스트북스, 20211. 실험 제목빛의 간섭(interference)와 회절(diffraction)2. 실험 목적빛에는 여러가지 근본적인 특성이 존재한다. 이러한 특성을 알아보기 위한 여러가지 현상이 존재하는데, 그 중 가장 대표적인 것이 빛의 간섭과 회절 현상이다. 빛의 간섭과 회절 현상은 빛의 파동성을 명확하게 드러내기도 하고, 이는 오늘 날의 첨단 광학 실험에서도 이용이 된다. 해당 실험에서는 단일 슬릿, 이중 슬릿을 이용하여 간섭 현상과 회절에 의한 간섭 효과를 실험적으로 관찰하여 측정한 정보를 바탕으로 실험에 사용된 슬릿 사이의 간격이나 폭 등을 구해본다.3. 이론3.1. 전자기파우리가 색을 인지할 수 있게 해주는 가시광선은 전자기 복사선의 한 종류이다. 또한 전자기 복사선은 복사에너지라고도 알려져 있는데, 그 이유는 전자기 복사선이 공간을 통해 에너지를 전달하기 때문이다. 전자기 복사선은 가시광선 외에도 여러가지의 종류가 존재한다. 라디오파, 마이크로파, 적외선, 자외선 등이 그 예에 해당하며 자외선 쪽으로 갈수록 파장이 짧아진다. 전자기 복사는 전자기파라고도 한다. 전기가 흐를 때 그 주변에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데 이를 전자기장이라고 하며 여기서 생기는 파동을 전자기파라고 한다. 그렇기에 전자기 복사는 물을 통하여 이동하는 파동과 비슷한 특성을 갖는다. 파동과 같은 주기성을 보이는데, 이때 파동의 이웃하는 두 마루 사이의 간격을 파장 (wave length) 라고 한다. 일정한 점을 통과하는 파장의 개수 또는 주기를 1초의 시간으로 계산한 파동의 수를 파동의 진동수(f) 라고 하며 진동수는

공학/기술| 2024.07.10| 136페이지| 11,000원| 조회(275)

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