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건국대 물및실2 RLC 직렬회로 A+ 예비 레포트

RLC 직렬회로(13주차)예비레포트1. 실험 목적저항과 축전기와 코일로 구성된 RLC 직렬 회로의 개념을 이해하고, RLC 교류 회로에서 임퍼던스와 위상을 측정한다.2. 실험 원리가. 키르히포프의 법칙키르히호프의 법칙은 회로에 흐르는 전류와 고리(loop)에 걸리는 전압에 대해 서술한 법칙이다.[2]1) 키르히호프의 전류 법칙 (Kirchhoff’s current law)회로의 한 부분에서 전하가 축적되지 않을 때, 어떤 한 지점으로 흘러들어오는 양과 같은 지점에서 흘러나가는 전하의 양은 같다. 또한, 한 지점으로 들어오는 전류의 양과 흘러나가는 전류의 양도 같다. 따라서, 회로의 한 분기점을 지나는 전류의 총합은 0이고, 다음과 같은 식으로 나타낸다.[그림1] 키르히포프 전류 법칙2) 키르히호프의 전압 법칙 (Kirchhoff’s voltage law)회로 내의 어떤 닫힌 회로에서 전기적 힘에 의한 일은 0이며, 다음과 같이 나타낸다.[그림2] 키르히포프 전압 법칙나. RLC 직렬회로RLC 직렬회로는 저항 R[Ω], 자기 인덕턴스L[H], 축전기C[F]를 직렬로 접속한 회로이다.[그림3] RLC 직렬회로1) 저항가 주어지고, 저항 양단의 전압 차이를 , 흐르는 전류를 라고 할 때, 키르히포프 법칙에 의해 다음과 같은 식이 주어진다.이때, 이므로, 이 된다.2) 코일가 주어지고, 코일 양단의 전압 차이를 , 흐르는 전류를 라고 할 때, 키르히포프 법칙에 의해 다음과 같은 식이 주어진다.이때, 이므로, 이 된다.3) 축전기가 주어지고, 축전기 양단의 전압 차이를 , 흐르는 전류를 라고 할 때, 키르히포프 법칙에 의해 다음과 같은 식이 주어진다.또한, 이므로 이다. 따라서 다음과 같은 식이 성립된다.이때, 이므로, 이 된다.4) RLC 회로[그림4] RLC 회로-[그림4]와 같이, 를 다음과 같이 구할 수 있다.또한, 는 다음과 같이 구할 수 있다.이므로, 이다.또한, 일 때, 공명주파수 f는 다음과 같다.3. 실험 기구 및 장치가. 오실로스코프나. RLC 직렬 회로다. 함수 발생기4. 실험 방법가. 오실로스코프 기준 최대 전압 8V가 되도록 함수발생기를 조절한다.나. 함수발생기의 진동수를 바꿔 주며 전류가 최대가 되는 지점을 찾아 준다.다. 최대 전류가 생성되는 함수발생기의 진동수 범위를 찾는다.라. 코일 축전 용량, 코일의 유도계수를 변경하여 나~다의 과정을 반복한다.5. 참고 문헌[1] Raymond A. Serway, 2007, Physics for scientist and engineers with modern physics, Thomson Learning[2] 네이버 지식백과 물리학백과 Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741675&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741675&cid=60217&categoryId=60217

자연과학| 2024.08.30| 6페이지| 1,000원| 조회(98)

직렬회로, 건국대, 예비레포트

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건국대 물및실2 패러데이 실험 A+ 결과 레포트 평가A+최고예요

1. 실험 결과유도기전력의 관계식을 이해하고 자기장의 크기와 코일의 단면적을 다르게 하여 유도기전력을 확인해 보는 실험을 진행해 보았다.교류/직류, 자석의 모양(정사각형, 직사각형, 원형)에 따라 각각 4번의 실험, 총 24번의 실험을 진행해 보았다.각각 24번의 실험에서 최대 전압, 최소 전압, 주기, 각속도의 데이터를 구하였고, 각속도는 다음과 같이 계산하였다.가. 교류 연결1) 정사각형 모양의 자석교류 연결, 정사각형 모양의 자석을 이용하여 4번을 실험하였을 때 측정된 값들은 다음 표와 같다.<중 략>2. 결과 분석 및 토의기전력 =에서, 코일을 감은 횟수(N)과 자기장(B), 면적(A)는 변수가 아닌 상수이다.따라서, 각속도가 커질수록 기전력의 최대값이 커지고 주기가 짧아지는 것처럼, 기전력은 각속도( )에 의해 최대값, 주기와의 관계가 존재한다.실험을 크게 교류/직류로 나누어 보면, 공통적으로 각속도가 증가하면 전압이 증가하는 경향을 보이게 된다. 교류/직류일 때 각각 각속도와 전압의 관계를 실험에서 얻은 값을 이용하여 그래프로 나타내 보면 다음과 같다.

자연과학| 2024.08.30| 13페이지| 1,000원| 조회(118)

건국대, 결과레포트, 패러데이 실험

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건국대 물및실2 휘스톤 브릿지 A+ 예비 레포트

휘스톤 브릿지(9주차)예비레포트1. 실험 목적휘스톤 브릿지의 구조와 사용 방법을 이해하고, 휘스톤 브릿지 회로를 이용하여 미지 전기 저항을 측정할 수 있다.2. 실험 원리가. 옴의 법칙전압, 전류, 저항 사이의 관계를 설명하는 법칙이다. 전압()과 전류(I)와 저항()의 관계는 다음과 같다.옴의 법칙이 성립하는 상황에서 전류의 세기(I)는 전압(V)에 비례하고, 저항(R)에 반비례한다. 반대로, 전압이 일정하면 저항과 전류는 반비례하고, 전류가 일정하면 저항과 전압은 정비례한다. [2]나. 저항저항은 물체에 전류가 흐를 때 이 전류의 흐름을 방해하는 요소이다.저항은 저항의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하며, 다음과 같이 나타낸다.이때, 비례상수 는 비저항이다.다. 전압 강하전압 강하란 전기회로에서 전원에서 공급된 전압에 의해 전류가 이동하면서 회로의 저항 또는 임피던스에 의해 손실된 전기 퍼텐셜 에너지를 의미한다. 전압강하는 전류가 흐르는 회로의 모든 부분에서 발생한다. [3]전체 회로에서 도선의 저항이 없을 때 전압강하는 항상 전원에서 제공하는 전압과 전합강하의 합이 같으며, 이를 식으로 나타내면 다음과 같다.라. 휘스톤 브릿지휘스톤 브릿지는 미지의 저항을 측정하는 장치이다.[그림1] 휘스톤 브릿지[그림1]에서, , 의 저항값은 이미 알고 있고, 는 가변 저항이다. 또한, 는 미지의 저항이다.가변 저항 을 조절하여 검류계에서 전류가 흐르지 않는다면 B점과 C점의 전위는 같다. 따라서 A와 B의 전위차와 A와 C의 전위차는 서로 같으며, 다음과 같이 나타낸다.옴의 법칙으로 다음과 같은 식이 도출된다.같은 방법으로, B와 D의 전위차와 C와 D 사이의 전위차는 같음을 알아낼 수 있으며, 다음과 같이 나타낸다.옴의 법칙으로 다음과 같은 식이 도출된다.이므로, 이다. 이 식을 에 관해 나타내면 다음과 같다.3. 실험 기구 및 장치가. 휘스톤 브릿지나. 저항다. 검류계라. 멀티미터4. 실험 방법가. 휘스톤 브릿지의 전원을 켠다.나. 휘스톤 브릿지의 모든 회로의 스위치를 닫는다.다. 와 의 값을 임의로 선택한다.라. 가변 저항을 움직이며 전류가 0mA가 되도록 하는 위치를 찾고, 기록한다.마. 와 값을 다르게 설정하며 라의 방법을 반복한다.5. 참고 문헌[1] Raymond A. Serway, 2007, Physics for scientist and engineers with modern physics, Thomson Learning[2] 네이버 지식백과 비상학습백과 중학교 과학(3) Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3344538&cid=47338&categoryId=47338" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3344538&cid=47338&categoryId=47338[3] 네이버 지식백과 물리학백과 Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741254&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741254&cid=60217&categoryId=60217

자연과학| 2024.08.30| 5페이지| 1,000원| 조회(137)

건국대, 휘스톤 브릿지, 예비레포트

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건국대 물및실2 휘스톤 브릿지 A+ 결과 레포트

휘스톤 브릿지(9주차)결과레포트1. 실험 결과휘스톤 브릿지 회로를 이용하여 미지 전기 저항을 측정해 보고, 실제값과의 차이를 확인해 보는 실험을 진행해 보았다. 두 저항의 비는 두 전압의 비와 같으며, 두 습동선 위치 길이 비와 같은 것을 이용하여 값을 구해 보았다. 다음은 길이 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때, 전압 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때의 실험 결과이다.가. 길이비를 사용해 구한 미지저항실제 실험에서 얻은 의 값은 각각 100 , 993 , 4990 이다.를 이용하여, 다음과 같이 나타낼 수 있다.이 식을 이용하여 길이비를 사용하여 미지저항을 구할 수 있다. 각각의 실험에서 측정한 습동선위치 를 이용하여 값을 다음 표와 같이 구하였다.실험습동선위치의 실제값(tester로 잰 값)오차율11000.59.519.0001900.000110072.727%21000.79.313.2861328.57191045.997%31000.49.624.0002400.000300620.160%41000.29.849.0004900.000550010.909%59933.76.71.8111798.135110063.467%69935.44.60.852845.8899107.045%7993284.0003972.000300632.136%89931.28.87.3337282.000550032.400%949908.31.70.2051022.04811007.087%1049908.91.10.124616.74291032.226%1149906.83.20.4712348.235300621.882%1249904.75.31.1285627.02155002.309%[표1] 길이비를 사용해 구한 미지저항오차율은 다음과 같이 계산하였다.오차율=[표1]의 데이터를 바탕으로, 의 실제값과 실험값을 하단의 [그림1]과 같이 그래프로 나타내 보았다.[그림1] 길이비를 사용해 구한 미지저항나. 전압비를 사용해 구한 미지저항실험 기구의 기전력은 2V이므로, 실험 기구의 각 경로의 전위차는 2V가 되어야 한다.실제 실험에서 얻은 의 값은 각각 100 , 993 , 4990 이다. 를 이용하여, 다음과 같이 나타낼 수 있다.이 식을 이용하여 전압비를 사용하여 미지저항을 구할 수 있다. 각각의 실험에서 측정한 전압 를 이용하여 값을 다음 표와 같이 구하였다.실험습동선위치의 실제값(tester로 잰 값)오차율11000.1241.88015.1611516.129110037.830%21000.1961.8079.219921.9399101.312%31000.0591.94532.9663296.61030069.668%41000.0291.97568.1036810.345550023.824%59930.8311.1981.4421431.545110030.140%69931.0800.9570.886879.9089103.307%79930.5161.5042.9152894.32630063.715%89930.3151.7005.3975359.04855002.563%949901.6030.4540.2831413.263110028.478%1049901.7560.3060.174869.5569104.444%1149901.3040.7440.5712847.05530065.288%1249900.9901.0471.0585277.30355004.049%[표2] 전압비를 사용해 구한 미지저항오차율은 다음과 같이 계산하였다.오차율=[표2]의 데이터를 바탕으로, 의 실제값과 실험값을 하단의 [그림2]과 같이 그래프로 나타내 보았다.[그림2] 전압비를 사용해 구한 미지저항2. 결과 분석 및 토의두 저항의 비는 두 전압의 비와 같음을 나타내는 식 과, 두 습동선 위치 길이 비와 같음을 나타내는 식 을 이용하여 길이 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때, 전압 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때로 를 구하는 실험을 진행해 보았다.두 전압 의 합이 실험 기구의 기전력 2V과 동일하지 않아 전압의 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때 저항의 실제 값과 실험 값의 오차가 길이 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때보다 더 클 것이라고 예상하였지만, 실제 실험 결과 길이 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때 오차가 좀 더 큰 경향을 보였다. 이는 습동선 위치 하나만 측정하여, 전체 길이 10cm를 빼 를 구했기 때문에 길이 비를 이용하여 미지 저항을 구했을 때 오차가 좀 더 크게 나타났을 것이라고 추측된다.이와 같이 오차가 발생한 원인으로 아래 두 가지와 같이 추론해 보았다.첫 번째로, 도선이 저항으로서 작용하였기 때문이다.이론상으로는 도선이 저항으로서 작용하지 않을 때를 가정하였지만, 실제로는 도선이나 실험 장비에 저항이 미미하게 존재하기 때문에 오차가 발생하였을 것이다. 실험에서 사용되는 저항 외에 도선이나 실험 장비에 걸리는 저항을 고려한다면 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다.두 번째로, 저항과 온도의 관계 때문이다.이론적으로는 일반적의 도체의 경우, 온도가 올라갈수록 비저항이 커진다. 따라서 실온 상태인 실험실에서 실험을 진행하였을 때, 비저항이 상대적으로 크기 때문에 오차가 발생하였을 것이라고 추측된다. 이로 인한 오차를 줄이기 위해서 실험실의 온도까지 조절을 해야 할 것이다.3. 참고문헌[1] Raymond A. Serway, 2023, 대학물리학(제10판 개정판), 북스힐

자연과학| 2024.08.30| 5페이지| 1,000원| 조회(129)

건국대, 휘스톤 브릿지, 결과레포트

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건국대 물및실2 패러데이 실험 A+ 예비 레포트

패러데이 실험(10주차)예비레포트1. 실험 목적유도기전력의 관계식을 이해하고 자기장의 크기와 코일의 단면적을 다르게 하여 유도기전력을 확인해 보며 패러데이 유도법칙을 직접적으로 이해한다.2. 실험 원리가. 전자기 유도자기의 시간적 변화에 의해 전기적 성질이 발현되는 현상을 전자기 유도라고 한다. [2]전자기유도에 의해 발생한 유도기전력은 자기선속의 변화를 방해하는 방향으로 작용한다.[그림1] 전자기유도자기선속 Φ가 시간 t에 따라 변할 때의 유도기전력을 라고 하면, 다음과 같은 식을 따른다.나. 자기선속자기선속은 자기장 또는 자기력의 세기를 나타내기 위해 도입한 물리량으로 가상적인 곡면에서 그 곡면의 넓이와 곡면에 수직한 자기장 성분의 곱으로 정의된다. [3][그림2] 자기선속면적이 A인 평면에 일정한 자기장 B가 모든 면적 요소 벡터 dA와 각 를 이룬다면, 자기선속 Φ는 다음과 같이 나타낸다.다. 패러데이 전자기유도 법칙1831년에 영국의 물리학자 패러데이가 고리 모양의 도선으로 만들어진 코일을 통과하는 자기장이 시간에 따라 변하면 코일에 전류가 유도되는 현상을 발견하였고, 코일을 통과하는 자기선속의 시간에 따른 변화가 코일에 유도기전력을 발생시킨다는 법칙을 패러데이의 전자기유도 법칙이라고 한다.도선에 흐르는 전류의 크기는 코일에 감긴 전선의 수와 코일을 통과하는 자기장의 시간당 변화율에 비례한다.코일이 둘러싸고 있는 면적을 A라고 하면, 코일을 지나는 자기력선은 BxA이며,자기선속은 로 나타낸다.코일 면을 지나는 자기선속은 면에 수직한 자기선속 밀도와 면적의 곱이다. 코일 면의 법선과 자기장이 이루는 각이 θ라면 자기선속은 다음과 같이 나타낸다.Ф=BAcosθ[그림3] 코일 면의 법선과 자기장이 이루는 각이 θ일 때 자기선속코일의 감은 횟수를 N이라고 하면, 유도기전력은 다음과 같다.외부 솔레노이드에 교류 전류 를 공급할 때, 내부에 다른 솔레노이드 코일이 놓이게 된다면 코일을 지나가는 자기다발은 이다. 따라서 유도기전력은 다음과 같다.3. 실험 기구 및 장치가. 영구 자석나. 코일이 감겨 있는 도선다. 전동기라. 파워 서플라이마. 오실로스코프4. 실험 방법가. 직류 전원장치에 전원 연결 후, 패러데이 실험 장치와 파워 서플라이를 연결한다.나. 오실로스코프 전원을 연결한 후, 입력 단자에 패러데이 실험 장치의 아웃풋을 연결한다.다. 직류 전원 장치에 전원을 켜고, 연결한 오실로스코프 채널을 켜 준다.라. AC/DC 아웃풋 연결과 자석의 모양, 거리를 조절하여 다르게 신호를 받는다.마. 전압, 시간, 주기, 최대치, 최저치, 피크치, 설정 등 여러 데이터들을 측정한다.5. 참고 문헌[1] Raymond A. Serway, 2007, Physics for scientist and engineers with modern physics, Thomson Learning[2] 네이버 지식백과 물리학백과 Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389841&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=4389841&cid=60217&categoryId=60217[3] 네이버 지식백과 물리학백과 Hyperlink "https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537201&cid=60217&categoryId=60217" https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3537201&cid=60217&categoryId=60217

자연과학| 2024.08.30| 5페이지| 1,000원| 조회(109)

건국대, 예비레포트, 패러데이 실험

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