SMTHYN 스토어

SMTHYN

개인인증

팔로워0 팔로우

소개

등록된 소개글이 없습니다.

전문분야 공학/기술자연과학

판매자 정보

학교정보

서울대학교 기계항공공학부

직장정보

입력된 정보가 없습니다.

자격증

입력된 정보가 없습니다.

판매지수

판매중 자료수

17개
전체 판매량

375개
최근 3개월 판매량

3개
자료후기 점수

평균A+
자료문의 응답률

-

추천자료

[서울대학교 물리학실험2 A+ 보고서(2020)] 6. 광전효과와 플랑크 상수 보고서

광전 효과와 플랑크 상수(단과대)(학과)(학번) 김**Abstract본 실험에서는 광전효과에서 빛의 세기, 진동수가 광전류량과 저지전압에 미치는 영향을 알아본다. 또, 이 관계를 이용해서 플랑크 상수를 측정한다.1...

리포트| 2021.09.11| 6페이지| 1,000원| 조회(580)

광전효과, 물리학실험, 실험보고서, 서울대, 서울대학교, A+, 플랑크상수, 물실, 물리학실험2

미리보기

닫기

전체자료 17개

[서울대학교 물리학실험2 A+ 보고서(2020)] 2. 등전위선 보고서

등전위선(단과대)(학과)(학번) 김**Abstract본 실험에서는 두 전극에 전위 차를 만들었을 때, 전극 주변에 등전위선이 어떻게 나타나는지 확인한다. 또, 각각의 경우에서 등전위선의 모양이 왜 그렇게 나타나는지 예상하고, 이론 값을 시뮬레이션 한 값과 비교해본다.1. 서론1.1. 실험 목적본 실험에서는 두 전극에 전위 차를 만들었을 때, 전극 주변 등전위선이 어떻게 나타나는지 확인한다.1.2. 배경 지식1.2.1. 전기 퍼텐셜 에너지와 등전위선그림 SEQ 그림 * ARABIC 1 전기장 내에서 운동하는 전하위와 같이 전기장 내부의 전하량 인 전하를 초기위치 i에서 나중위치 f로 옮길 때 필요한 일은 다음과 같다.이 식을 정리해서 초기위치와 나중위치의 전위 차 를 구할 수 있다.등전위선은 전위가 같은 지점들을 연결한 선으로 이다. 따라서 전기장에 수직일 때의 경로가 등전위선이라는 것을 알 수 있다.1.2.2. 점전하에 의한 전위전하량 q인 기준 전하로부터 R만큼 떨어진 지점의 전위를 구하기 위해 이 지점에서 무한원점까지 어떤 전하가 움직일 때의 상황을 볼 수 있다. 이때 전기장과 경로가 같은 방향이므로 의 과정으로 기준 전하에 대한 거리에 대한 적분으로 바꿀 수 있다. 나중지점인 무한 원점에서의 전위를 0이라고 하면 다음과 같다.이므로 이를 대입하면 초기지점에서의 전위를 구할 수 있다. 따라서 전하량 q인 전하로부터 거리 r만큼 떨어진 지점에서의 전위는 다음과 같다.1.2.3. 선형 전하에 의한 전위아래와 같이 선전하밀도가 로 일정하고 길이가 L인 선형 전하에 의한 점 P(X,Y) 에서의 전위를 구하자.그림 SEQ 그림 * ARABIC 2 선형전하에 의한 전위 구하는 상황이때 x축 상 위치가 x인 길이 dx지점에 의한 미소전압 는 다음과 같다.따라서 이 미소전위 식을 x가 일 때까지 적분하면 전위를 구할 수 있는데, 이는 x범위에 따라 결과가 조금씩 다르게 나오게 된다. 아래 전위 식일 때의 x범위는 순서대로 이다.(마지막 식 V가 밀려서 등호 대신 : 사용)1.3. 실험 방법먼저, 실험 장치들의 역할에 대한 정리이다.표 SEQ 표 * ARABIC 1 실험 장치 초기 세팅, 과정장치역할탐침컴퓨터전위탐지용컴퓨터 연결 등전위선 시각화영점 조정 프로그램, 실제 일치흑연판등전위선 탐지 영역전극,받침대흑연판 위 전극, 전극 받침대 배치전위 형성전원장치전극 받침대에 전원 공급그림 SEQ 그림 * ARABIC 3 실험 장비 모식도그림3과 같이 실험장치를 세팅한다. 먼저 전극 받침대와 전원장치를 연결하고, 흑연판에 원형전극을 배치한 후 원형전극 위에 전극 받침대를 올려서 전위차를 형성한다. 그 후 프로그램을 등전위 모드로 설정한 후 탐침으로 등전위선을 찾으면 된다.프로그램에서 먼저 영점 조정으로 calibration-zero point adjust을 누르고 커서를 영점에 맞춘다. 등전위선은 일정 전위차 간격(0.4V)으로 찾았다. 측정 결과가 잘 나오지 않는다면 탐침과 컴퓨터 연결 상태를 다시 확인한다.2. 세부 실험 과정 및 실험 결과2.1. 실험1: 원형 - 원형실험1에서는 원형전극 2개를 사용해서 등전위선을 찾았다. 이는 다음과 같다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 4 원형전극 2개에 의한 등전위선실험 결과, 대략 대칭적인 형태로 등전위선이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이는 전하량의 크기가 같은 두 점전하에 의한 등전위선과 비슷하게 나타났다.2.2. 실험2: 원형 - 막대실험2에서는 원형전극과 막대전극을 하나씩 두고 등전위선을 찾았다. 막대전극을 가로, 세로로 놓고 각각 실험했다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 5 원형 - 가로 막대 전극그림 SEQ 그림 * ARABIC 6 원형 - 세로 막대 전극실험 결과, 원형 전극 모양은 앞 실험보다 약간 더 일그러진 형태로 나타났다. 또, 가로 전극 등위선을 90 돌리면 세로 전극 등위선의 형태와 비슷하게 나올 것으로 예상할 수 있다. 가로 전극에 비해 세로 전극이 x축 상에서 좁기 때문에 가로 전극이 원형전극 2개일 때보다 차이가 더 크게 나타난 것으로 예상할 수 있다.2.3. 실험3: 막대 - 막대실험3에서는 두 막대전극에 의한 등전위선을 찾았다. 막대전극을 가로로 2개, 세로로 2개, 가로 세로로 둔 세 가지 경우에서 실험했다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 7 가로 - 가로 전극그림 SEQ 그림 * ARABIC 8 세로 - 세로 전극그림 SEQ 그림 * ARABIC 9 가로 - 세로 전극실험 결과, 원형 - 막대 전극 실험 때와 비슷한 형태의 가로 막대, 세로 막대에 의한 등전위선이 나타나는 것을 알 수 있다. 또, 실험2에 비해 등전위선이 몰린 곳이 잘 보이는데, 그 근처에 막대 전극의 한쪽 끝이 있을 것으로 예상할 수 있다3. 오차 분석 및 토론3.1. 실험1: 점전하 등전위선과의 비교실험 1에서 구한 두 원형전극에 의한 등전위선은 두 점전하에 의한 등전위선의 형태와 비슷하게 나타났다. 전하량의 크기가 같은 두 점전하에 의한 등전위선의 형태는 참조문헌에서도 찾을 수 있다. 이를 실험적으로 검증하기 위해 각각의 점전하에 의한 전기 퍼텐셜의 합으로 생기는 전기 퍼텐셜 곡면의 등위선을 확인했다. Python의 matplotlib을 이용해 직접 그래프를 그린 결과는 다음과 같다. (코드는 부록 첨부)그림 SEQ 그림 * ARABIC 10 두 점전하에 의한 등전위선 (xy평면 투영)위 그림에서 같은 색으로 표시한 곡선들은 같은 퍼텐셜을 의미한다. 왼쪽은 양전하, 오른쪽은 음전하가 있다고 가정하고 그렸고, 퍼텐셜의 절댓값이 같은 지점을 표시하게 했기 때문에 대칭적으로 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 실제 등전위선과 다르게 불연속적인 부분이 있는 것은 python에서 x,y를 설정할 때 linspace함수를 사용해서 불연속적인 값들을 가졌기 때문인데, 전체적인 개형을 보면 실제 실험 결과와도 맞게 나온다는 것을 알 수 있다.위 그림에서는 비례상수 부분의 값을 바꿔서 사용했기 때문에 축에 표시된 것처럼 값이 나오게 되었고, 이는 실제 전위와는 차이가 있다. 실제 코드에서 전위의 절댓값이 큰 범위의 등전위선을 그린 것은 타원형의 안쪽, 전위의 절댓값이 작아질수록 점점 벌어지면서 전위가 0이 되었을 때 직선 형태로 나타나게 되었다. 이는 점전하로부터 거리가 가까운 지점의 전위 절댓값이 크고, 멀어질수록 작아지는 것이 잘 나타남을 알 수 있다. 또, 이 경우에는 양쪽의 전하가 다른 점전하로 볼 수 있으므로 두 전하 사이에서의 전위가 두 전하 근처보다 절댓값이 작다는 것을 알 수 있다. 위 그림은 xy 평면에 투영시킨 형태의 그림이지만, 실제로는 안쪽에 있는 곡선은 xy평면으로부터 멀리 떨어진 등위선이고, 곡선이 넓어질수록 전위 곡면이xy 평면에 가까워진다.3.2. 전체 실험에 영향을 준 오차위의 이론 값들은 점전하와 두께, 너비가 없는 선전하라고 가정했을 때 구한 전위 값들이다. 하지만 실제로 사용한 전극들은 두께와 너비 모두 존재하므로 고려해야할 변수가 더 많다. (이론 값에서의 전극, 전하는 1차원 형태지만 실제로는 3차원) 따라서 이로 인한 오차가 생길 것이다. 이론 값을 더 정확히 계산해서 시뮬레이션한다면, 실제 실험 결과와 더 비슷하게 나올 것으로 예상된다.4. 결론본 실험에서는 두 전극에 전위를 가했을 때 등전위선이 나타나는 형태를 확인했다.실험1에서는 두 원형 전극에 의해 생기는 등전위선을 확인했고, 이는 전하량의 크기가 같은 두 점전하에 의해 생기는 등전위선과 유사함을 이론 값을 그래프로 표현한 것을 통해 보였다.실험2에서는 원형 전극과 막대 전극에 의해 형성되는 등전위선의 형태를 확인했고, 가로 전극이 x축 상에서 더 큰 영향을 주고 원형전극 2개일 때와의 차이가 더 많이 나는 것을 알 수 있었다.실험3에서는 두 막대 전극에 의해 형성되는 등전위선의 형태를 확인했고, 실험2에서 나타난 각 막대 전극에 의한 등전위선의 영향으로 실험3의 결과가 나온다는 것을 예상할 수 있다.실험1에 대해서는 이론 값을 직접 그래프로 나타냈지만, 실험2와 3의 내용은 시도했으나 실행에서 오류가 계속 생겨서 실패했다. 위에서 구한 균일한 선전하에 의한 등전위선도 코딩을 더 잘한다면 그래프로 그려보고, 비교할 수 있을 것으로 예상한다. 또, 이때도 차이가 있다면 이는 실제로 사용한 모형이 이론 값의 가정인 1차원과 차이가 있기 때문일 것으로 예상할 수 있다.5. 참고문헌[1] David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics Extended, 10th ed., Wiley, 2013, pp.690-695, 698-702.[2] Raymond A.Serway, John W.Jewett,Jr., Principles of Physics: A CALCULUS-BASED TEXT, 5th ed., Cengage, 2013, pp.656-667.부록1. 선전하 적분 과정모든 계산과정이 포함되진 않지만, 참조문헌 [1] pp.699, 700의 계산을 참고했다. 대입하는 과정은 생략했다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 11 계산2. 코드Jupyter Notebook 을 이용했다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 12 코드1그림 SEQ 그림 * ARABIC 13 코드2그림 SEQ 그림 * ARABIC 14 코드3그림 SEQ 그림 * ARABIC 15 코드4물리학실험 2 (분반)(날짜)

자연과학| 2021.09.11| 5페이지| 1,000원| 조회(211)

물리학실험, 등전위선, 실험보고서, 서울대, 서울대학교, A+, 물실, 물리학실험2

미리보기

닫기
[서울대학교 물리학실험1 A+ 랩노트(2020)] 랩노트 모음집

1. 실험 목적중력에 의해 낙하하는 물체들에서 나타나는 규칙을 찾고, 그 의미를 뉴턴역학으로 이해하자.(여러 물체를 낙하시킬 때 가속도가 일정하다는 것을 알아보자)2. 배경 지식① 뉴턴 제 2법칙 물체에 힘 F를 가할 때 물체의 가속도를 a라고 하면 F=ma 성립 (m: 물체의 질량 - 상수) 1) 초기 속력이 V0¬ 인 물체에 일정한 힘 F를 계속 가할 때, t초 후 물체의 속력을 V라고 하면 V=V_0+at2) 위 식을 t에 대해 적분하면 t초 동안 이동한 물체의 초기 위치에 대한 변위 H 구할 수 있음.② 중력가속도질량이 M, m이고 질량중심 사이 거리가 r인 두 물체 사이에서 작용하는 중력:F=G Mm/r^2 (물체가 낙하하는 것은 물체와 지구 사이의 중력에 의한 것 지구와 물체의 질량중심 사이 거리는 지구의 반지름 R로 근사 가능)

자연과학| 2021.09.11| 3페이지| 1,000원| 조회(649)

물리학실험, 서울대, 서울대학교, A+, 물실, 물리학실험1, 랩노트

미리보기

닫기
[서울대학교 물리학실험2 A+ 랩노트(2020)] 랩노트 모음집

1주차 실험: 전하와 전하 사이1. 실험 목적전하가 일정하게 대전된 두 도체 판 사이에서 작용하는 전기력이 도체 판 사이 거리의 제곱에 반비례함을 확인하자. 또, 전압과 유전율이 전기력에 어떤 영향을 주는지 알아보자.2. 실험 방법① 실험장치 초기 세팅 1) 전원장치: 설치 시 스위치 OFF, 전압 조정 손잡이 최소, 전압 표시부 영점 조정 2) 극판: 대략 5mm 띄워 놓음 (접촉 X), 두 극판 사이 거리가 일정하게 확인 후 조정 3) 전자저울: 수평 조정, 전극 판과 절연판 설치 후 영점 조정 (변화량 확인용) *영점 조정: 영점 조정이 필요한 상태에서 '영점' -> '용기'② 극판 방전: +,-선 맞대서 방전(or 접지선으로 접지)③ 도선 연결: 위판에 +선, 아래판에 -선 연결④ 전압 조절 1) 저울 눈금 0 확인 후 전원장치 스위치 ON 2) 측정하려는 전압까지 천천히 증가시킴

자연과학| 2021.09.11| 2페이지| 1,000원| 조회(530)

물리학실험, 서울대, 서울대학교, A+, 물실, 물리학실험2, 랩노트

미리보기

닫기
[서울대학교 물리학실험1 A+ 보고서(2020)] 8. 파동 보고서

파동(단과대)(학과)(학번) 김**Abstract본 실험에서는 두 개의 점 파원을 이용해 파동을 형성했을 때, 수면파에서 나타나는 간섭과 장애물에 의해 나타나는 회절 현상을 관찰하고, 이해한다. 이 과정에서 형성되는 파동의 파장을 통해 속력을 예상하고, 상쇄간섭이 일어나는 지점에 해당하는 n을 구해본다.1. 서론1.1. 실험 목적본 실험에서는 두 점 파원에서 형성되는 수면파를 통해 파동의 간섭이 일어나는 것을 확인한다. 또, 장애물을 두고 한 실험을 통해 회절 현상을 관찰한다. 형성되는 파동의 파장과 상쇄 간섭이 일어나는 지점을 영상을 통해 확인하고, 이를 이용해 파동의 속력과 상쇄 간섭에 해당하는 n을 구한다.1.2. 배경 지식1.2.1. 파동의 진행과 속력파동의 진폭을 , 파수를 , 각진동수를 라고 할 때 시간 t, 위치 x에서 파동의 진동의 크기는 다음과 같다.위와 같은 파동에서 파동의 위상속도는 일정한 위치 x가 시간 t에 따라 변하는 정도이므로 아래와 같이 표현된다.파동의 정보를 전달하는 과정에서는 여러 진동수의 파장들이 중첩되는데, 이때 중첩된 파동의 묶음의 속도가 군속도이다. 군속도는 다음과 같이 표현된다.위상 속력이 진동수, 파장에 관계없이 일정하면 그때의 매질을 비분산매질, 그렇지 않으면 분산 매질이라고 한다. 비분산매질에서 군속력과 위상 속력은 같고, 분산매질에서는 다르다.1.2.2. 파동의 중첩: 식 표현, 로 나타나는 두 파동의 합성은 다음과 같다.반사된 파동과의 간섭을 고려할 때, 반사된 파동의 방향은 원래 파동과 반대 방향이므로 이다. 따라서 합성된 파동은 다음과 같다.이는 정상파로, 가 의 정수배일 때 어두운 점(마디), 반정수배일 때 밝은 점(배)이 나타난다. 또, 배와 배 또는 마디와 마디 사이 거리는 로 반파장이다.1.2.3. 파동의 간섭: 실험그림 SEQ 그림 * ARABIC 1 두 파원이 d만큼 떨어졌을 때의 간섭위와 같은 실험에서 경로차는 이다. 위상 차가 의 정수배이면 보강간섭, 반정수배이면 상쇄간섭을 한다. 경로차에 파수를 곱하면 위상 차가 되므로 경로차에 대한 보강, 상쇄간섭 조건은 순서대로 아래와 같다.1.2.4. 수면파의 속력물의 깊이가 h일 때, 진폭이 작으면 진폭에 의해 생길 수 있는 속력 변화를 무시하고, 베르누이 방정식으로 수면파의 속력을 알 수 있다.1.2.5. 회절파동이 장애물과 충돌한 후 장애물 사이 틈을 통해서 건너편에 파동이 전해지는 현상이다.2. 실험과정 및 결과2.1. 실험 방법본 실험에서는 파동의 파장과 경로차를 측정해서 상쇄 간섭에 해당하는 n과 파동의 속력을 계산한다. 점 파원을 통해 특정 진동수의 파동을 형성하는데, 카메라로 간섭 무늬를 더 잘 확인하기 위해 스트로보스코프를 파동의 주파수에 맞춰 빛을 쏴준다. 이 조건하에서 촬영한 영상을 Tracker를 이용해 분석해서 파장과 경로차 데이터를 얻는다.보강간섭 지점 대신 상쇄간섭 지점을 사용하는 것은 상쇄간섭이 더 명확하게 드러나기 때문이다. 두 파동이 중첩될 때 보강간섭이 되는 부분은 마루와 골이 가장 선명하게 나타나게 되지만, 완벽하게 보강간섭이 아니더라도 마루와 골이 나타나기 때문에 눈으로는 완벽한 보강간섭 지점을 정확하게 찾기가 어렵다. 하지만 상쇄간섭인 지점은 보강간섭인 지점에 비해 마루와 골이 보이지 않는 지점들로 잘 나타나는 편이므로 실험에서 경로차는 상쇄간섭인 지점들을 기준으로 구했다.2.2. 데이터 및 결과2.2.1. 실험1: 간섭 무늬 확인실험1에서는 점 파원에서 발생된 파동의 간섭 무늬를 확인한다. 진동수가 14, 15, 16Hz인 실험을 각각 3회씩 반복해서 파장과 상쇄간섭이 일어난 지점을 확인하고, 상쇄간섭의 n이 몇인지 예상한다. 실험 1-1은 14Hz, 1-2는 15Hz, 1-3은 16Hz에 대한 실험이다. 경로차와 파장을 구하는 방법은 다음 그림과 같다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 2 파장과 경로차를 구하는 방법위 그림이 나타난 시각은 벽에 파동이 충돌하기 전 상황 중 마루와 골이 잘 보일 때를 선택한 것이다. 벽에 파동이 충돌하고 나면 반사파가 형성되면서 간섭무늬에 영향을 주기 때문에 이 효과를 없애기 위해 벽에 파동이 충돌하기 전 상황에서 선택했다. 위 그림에서 파장은 마루와 마루 사이 또는 골과 골 사이 거리를 이용해서 구할 수 있다. 위 그림과 같은 상황에서는 파장이 0.01430m임을 알 수 있다. 또, 경로차는 상쇄간섭이 나타나는 지점들을 확인해서 구한 것인데, 지정한 근처를 보면 상쇄간섭이 나타나는 부분이 선형으로 나오고, 그 선형 위 한 지점을 선택한 것을 확인할 수 있다. 위에서 경로차는 0.05105m이다. 위와 같은 방법으로 실험 1-1~1-3의 1,2,3차 실험에서 파장과 경로차를 측정한 값은 다음과 같다.표 SEQ 표 * ARABIC 1 실험 결과: 파장, 경로차실험파장경로 차1-1, 1차0.01430m0.05105m1-1, 2차0.01440m0.04729m1-1. 3차0.01430m0.04554m1-2, 1차0.01349m0.04979m1-2, 2차0.01313m0.04484m1-2, 3차0.01380m0.04530m1-3, 1차0.01122m0.04795m1-3, 2차0.01147m0.04004m1-3, 3차0.01142m0.04938m만약 이 실험을 진행하면서 물의 깊이가 변하지 않았고, 파동의 진폭이 크지 않다면 수면파 속력을 구하는 공식에 의해 파동의 속력이 동일하게 나와야 한다. 위에서 구한 파장들에 각각 진동수를 곱해서 얻은 속력을 계산해보면 평균은 0.1949m/s, 표준편차는 약 0.01로 속력이 거의 일정하게 나오는 것을 확인할 수 있다. 또, 만약 상쇄간섭 지점이라면 이론적으로 경로차는 파장의 반정수배가 되어야 한다. 이를 비교해보면 아래와 같다. 아래의 n은 경로차/파장이 반파장의 몇 배인지를 나타내는 수이다.표 SEQ 표 * ARABIC 2 실험 결과: 경로차/파장 및 예상 n실험경로차/파장예상 n1-1, 1차3.573.51-1, 2차3.283.51-1. 3차3.183.51-2, 1차3.693.51-2, 2차3.423.51-2, 3차3.283.51-3, 1차4.274.51-3, 2차3.493.51-3, 3차4.324.5따라서 약간의 차이가 있지만 경로차/파장 값이 x.5에 가깝게 나타남을 알 수 있고, 이때 반파장의 n배일 때 n은 위 표와 같이 나타남을 알 수 있다. 이 값은 영상에서 상쇄간섭 지점으로 보이는 지점을 임의로 선택한 것이기 때문에 n값이 달라도 된다.2.2.2. 실험2: 장애물에 의한 회절실험2에서는 수조 가운데에 가로축과 평행하게 장애물을 두고 16Hz로 실험1과 같이 실험한다, 투명막대와 검은 막대에 대해 각각 3번씩 실험을 반복했다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 3 회절이 나타난 것을 보이는 부분영상에서 장애물 뒤 부분이 그림자 때문에 가려져서 회절이 나타난 것을 확인하기 거의 어려웠다. 그림3은 장애물 아래쪽에서 회절이 나타난 것으로 보이는 지점이지만, 이 부분도 뚜렷하게 나타나는지는 알 수 없다. (실험: 검은 막대 1차 실험) 또, 간섭무늬의 형태는 장애물에서 반사가 일어난 파동에 의해 약간 형태가 바뀌지만, 전체적인 형태 자체는 비슷하게 나타난 것으로 보였다.3. 오차 분석 및 토론3.1. 실험1의 n 계산실험1의 n 계산 결과를 보면 대체로 x.5에 가깝게 나오긴 했지만 어느 정도 차이가 발생한 것들도 있었다. 이는 tracker에서 정확한 상쇄간섭 지점이 나타나는 것을 확인하기 어려운 것과 약간의 길이 변화로도 값이 크게 변하는 것에 의한 것이다. 상쇄 간섭 지점이 보강 간섭 지점보다는 확인하기 쉬워도, 그래도 그림2에서 나타난 것과 같이 정확한 영역을 구분하기 어렵기 때문에 오차가 발생할 수 있다. 또, x.5와 가장 값 차이가 많이 났던 1-1의 3차 실험에서 경로차가 2mm만 값이 더 크게 나왔어도 실험 1-1의 2차 실험보다 3.5에 더 가깝게 나오게 된다. 실제로 Tracker에서 조정해보면 2mm 정도 차이는 크지 않은 변화라는 것을 알 수 있다.3.2. 실험2의 회절 무늬실험2의 회절 무늬는 전체적으로 잘 보이지 않았지만, 이는 장애물이 벽과 너무 가까이에 있어서 벽 근처 그림자 때문에 회절이 나타나는 것을 잘 관찰할 수 없던 것으로 예상할 수 있다. 따라서 회절을 더 잘 관찰하려면 장애물을 파원에 조금 더 가깝게 두면 관찰하기 좋을 것으로 예상된다.4. 결론본 실험에서는 두 점 파원에서 형성되는 수면파를 통해 파동의 간섭이 일어나는 것을 확인했고, 장애물을 두고 한 실험을 통해 회절 현상을 관찰했다. 간섭 실험에서 파동의 파장과 상쇄간섭이 일어나는 것으로 보이는 지점들에 대해 경로차를 구한 결과, 이론과 같이 경로차가 대략 파장의 반정수배로 나옴을 확인할 수 있었다. 또, 수조의 물의 깊이가 변하지 않고, 진폭이 크지 않다고 생각하면 속력이 일정하게 나타나야 되는데 실제로도 진폭이 거의 일정하게 나온 것을 통해 모든 실험에서 수조의 깊이가 비슷하고, 파동의 진폭도 크지 않았음을 예상할 수 있다. 오차 원인으로는 Tracker에서 분석할 때 눈으로 거리를 확인해서 생긴 측정 오차가 가장 큰 영향을 줄 것이라고 생각했다. 장애물을 둔 회절 실험의 경우 장애물이 벽 쪽에 너무 붙어 있어서 그림자 때문에 회절 현상이 나타나는 것을 확인하기 어려웠고, 이를 개선하려면 장애물을 벽에서 더 떨어뜨리고, 점 파원에 더 가깝게 둬야 한다고 생각했다. 형성되는 파동의 파장과 상쇄 간섭이 일어나는 지점을 영상을 통해 확인하고, 이를 이용해 파동의 속력과 상쇄 간섭에 해당하는 n을 구한다.5. 참고문헌[1] Halliday, Resnic, Jearl Walker 「 Fundamentals of Physics Extended 」, 10th Edition[2] SNU Physics Laboratory 「파동」물리학실험 1 (분반)(날짜)

자연과학| 2021.09.11| 4페이지| 1,000원| 조회(696)

파동, 물리학실험, 실험보고서, 서울대, 서울대학교, A+, 물실, 물리학실험2

미리보기

닫기
[서울대학교 물리학실험1 A+ 보고서(2020)] 7. 에너지의 모습 보고서 평가A좋아요

에너지의 모습(단과대)(학과)(학번) 김**Abstract본 실험에서는 열량계의 열용량 측정과 열량계 속 물체의 비열 측정을 통해서 계에서 작용하는 에너지의 변화를 이해한다. 또, 이 과정에서 생긴 오차에 영향을 주는 요인들을 예상하고, 이를 분석한다.1. 서론1.1. 실험 목적본 실험에서는 열량계의 열용량 측정과 열량계 속 물체의 비열을 측정한다. 이 측정 과정을 통해 계에서 변화하는 에너지의 형태를 이해하고, 이 에너지의 변화에서 시간에 대한 온도 변화가 어떻게 나타나는지를 이해한다. 또, 실제 값과의 오차 원인을 예상한다.1.2. 배경 지식1.2.1. 열역학 제 1법칙외부와 열과 일을 주고받는 계가 가지는 내부에너지 변화량 dU은 계가 받는 열량 dQ와 계가 한 일 dW의 영향을 받는다.고립계에서는 계가 받는 열량과 하는 일이 없으므로 계의 내부에너지 변화도 없다.1.2.2. 열량계의 에너지열량계에 공급되는 에너지는 외부 전원 장치에 의한 전기 에너지이고, 이는 열량계와 내부 물의 온도를 올리는데 쓰인다. 외부 전원에 의해 가해지는 전압과 전류를 V, I, 열량계의 열용량을 C, 물의 비열과 질량을 c, m이라고 하면 단위 시간당 에너지는 다음과 같다.만약 비열이 c', 질량이 m'인 물체를 물에 넣는다면 cm+C항을 cm+c'm'+C으로 바꾸면 된다. 또, 복사, 외부로의 열 전달 등에 의해 전기에너지 중 일부가 손실되는데, 손실되는 양을 P'이라고 하면 위 식의 좌변이 P - P'이 된다.2. 실험과정 및 결과2.1. 실험 방법본 실험에서는 외부 전원 장치를 이용해 전기에너지를 가한다. 외부 전원 장치를 쇼트 시켜서 최대 허용 전류를 설정하고, 열량계에 최대 허용 전류에 해당하는 전압을 가해 전기에너지를 공급한다.열량계 내에서 전기에너지는 물과 열량계의 온도를 올리는 열에너지로 쓰이는데, 온도가 5 올라갈 때까지의 시간과 온도 변화를 측정한 후, 이론 식을 이용해 열량계의 비열을 측정한다. 또, 열량계 안의 물에 물체를 넣은 후 같은 과정을 반복해서 물체의 비열을 계산한다.각 실험에서 외부 전원 장치에서 가하는 전압과 전류는 다음과 같다.표 SEQ 표 * ARABIC 1 각 실험에서의 전압, 전류, 전력500ml550ml600ml550ml+추전압19.5V19.7V19.5V20V전류2.98A전력58.1W58.7W58.1W59.6W2.2. 데이터 및 결과2.2.1. 실험1: 열량계의 열용량 측정실험1에서는 일정한 전압과 전류를 가할 때 열량계 안에 넣는 물의 양을 바꿔가면서 물의 온도가 약 5 바뀔 때까지의 시간과 온도를 측정한다. 이를 바탕으로 열량계의 열용량 C를 측정한다. C를 측정할 때 물의 밀도는 1kg/L, 물의 비열은 로 가정하고 계산한다. 이 설정은 토론에서 다룬다.C는 열량계의 에너지 식을 변수분리를 이용해 정리한 후 추세선의 기울기 값으로 구했다. 변수분리를 통해 정리한 시간에 대한 온도 변화 식은 다음과 같다.세가지 질량에 대해 그린 그래프는 다음과 같다.그림 SEQ 그림 * ARABIC 1 시간 - 온도 그래프위 그래프를 보면 데이터가 선형적으로 나타나는 것을 확인할 수 있다. 위에서 추세선의 기울기를 통해 를 얻을 수 있고, m과 c, P를 대입해서 각각 질량에 대해 C를 구할 수 있다. 이 값들의 평균은 1이다.2.2.2. 실험2: 물체의 비열 측정실험2에서는 50g 추를 물에 넣은 후 시간과 온도를 측정한다. 실험1에서 구한 열량계의 열용량 값을 식에 대입해서 정리하면 추의 비열을 계산할 수 있다. 계산한 물체의 비열은 이다.3. 오차 분석 및 토론3.1. 실험1의 설정실험1에서는 물의 비열을 안다고 가정하고 열량계의 열용량 값을 구했는데, 이는 물의 비열을 모른다고 하고 얻은 열용량이 음수가 나왔기 때문이다. 물의 비열을 모른다고 할 때 열용량을 얻는 것은 다음 과정을 따른다.위 식에 따르면 x축을 질량, y축을 시간에 대한 온도 변화의 역수로 둔다면 P 값을 알고 있으므로 이 그래프의 기울기와 y절편을 이용해 물의 비열과 열량계의 열용량을 알 수 있다. 그러나 측정한 물의 질량이 3가지이므로 데이터 값이 부족해서 추세선을 그리기에 적합하지 않을 것이라고 생각했다. 데이터 3개로 그린 위 그래프의 추세선을 통해 얻은 물의 비열 c는 , y절편은 음수가 나왔으므로 열용량으로 적합하지 않았다.위에서 C를 구하는 과정에서 c를 몰라도 질량을 다르게 둔 3가지 실험에서의 데이터를 연립해서 구할 수 있다. 연립에서 필요한 식은 2개지만 질량이 3가지이므로 2개씩 연립한 후 평균 값으로 c와 C를 구하려고 했다. 하지만 이 경우도 마찬가지로 구한 물의 비열 c의 평균이 로 실제 물의 비열보다 크게 나왔고, 이를 이용해 C를 구해보면 음수가 나와서 적합하지 않았다.3.2. 오차분석3.2.1. 손실된 열의 종류실제 실험에서는 복사, 외부로의 열 전달 등이 이루어지면서 열이 손실된다. 가장 대표적인 열 손실 방법 중 하나인 복사에 의한 열 손실은 슈테판-볼츠만 법칙을 따른다.는 슈테판-볼츠만 상수로 이고, 은 방사율(, 1일 때 흑체), A는 물체의 표면적, T는 물체의 온도, 는 주변 온도이다. 진행한 실험들에서 물체의 온도와 주변 온도는 거의 같고, 나머진 일치하기 때문에 모든 실험에서 복사로 잃은 열은 비슷하다고 볼 수 있고, 슈테판-볼츠만 상수가 매우 작으므로 이 영향이 작을 것이라고 예상할 수 있다.3.2.2. 민감한 데이터계산과정을 보면 데이터 값의 작은 차이가 결과 값에 큰 차이를 부르는 것을 알 수 있다. 가장 잘 나타나는 것은 550ml 실험과 550ml에 추를 넣은 실험인데, 실제로 두 실험의 데이터 값이 완벽히 일치하게 나왔다. 두 실험의 차이로 넣은 추의 비열을 측정할 수 있는 것은 두 실험에서 공급된 전압이 달랐기 때문이다. 두 실험의 전압 0.3V 차이로 전력 차이가 발생했고, 이를 이용해 추의 비열을 측정할 수 있던 것인데 이는 작은 전압 차이로도 오차가 발생할 수 있다는 것이다.추세선도 그림1에서 알 수 있듯이 데이터가 나대체로 선형적으로 나타났기 때문에(각 실험에 대해 ) 기울기 값이 거의 맞다고 볼 수 있을 것이다. 그래도 추세선 값의 작은 차이로도 전체 데이터 값이 크게 변할 수 있으므로 이에 의한 오차도 발생할 것이다.3.2.3. 데이터 보정추세선을 보면 550ml와 600ml, 550ml에 추를 넣은 실험은 모두 로 추세선이 매우 정확하다고 볼 수 있는데, 500ml에 대한 실험은 나머지 실험들에 비해 결정계수가 작게 나오므로 추세선이 포함하는 실제 데이터 값이 더 적다는 것을 알 수 있고, 따라서 오차가 제일 크게 발생했을 것으로 알 수 있다.표 SEQ 표 * ARABIC 2 각 실험의 결정계수실험결정계수500ml0.9975550ml0.9994600ml0.9995550ml+추0.9994500ml 실험을 제외하고 계산을 하면 열량계의 열용량을 더 정확하게 구할 수 있을 것이라고 예상할 수 있다. 제외하고 계산한 결과 열량계의 열용량은 , 추의 비열은 이다. 실제 참값을 모르므로 더 정확한지 확인할 수는 없지만, 500ml를 고려했을 때보다 열량계의 열용량은 증가하고 추의 비열은 더 작게 나오는 것을 확인할 수 있다. 추의 비열을 로 바꾸려면 로 나누면 되는데, 그럼 추의 비열은 이다. 이를 통해 추가 알루미늄이라고 추측할 수 있다. (알루미늄의 비열: )3.3. 에너지위에서는 일률을 계산해서 열량계의 비열 등의 정보를 얻었다. 에너지는 일률에 시간항을 곱하거나 dt에 대해 적분해서 얻을 수 있는데, 그 관계는 다음과 같다.3.2.3에서 새로 구한 열용량을 대입해서 구한 각 실험에서 받은 에너지는 다음과 같다.표 SEQ 표 * ARABIC 3 공급된 에너지실험500ml1.10kJ1.16kJ550ml1.35kJ1.32kJ600ml1.45kJ1.42kJ500ml+추1.37kJ1.32kJ에너지를 구한 것에서 알 수 있듯이 공급된 전기에너지와 측정한 열에너지는 거의 비슷하게 나온다. 측정에서 차이가 나는 것은 3.2.2에서 말한 측정 오차, 3.2.1에서 말한 손실되는 열에너지 등의 영향이다.4. 결론본 실험에서는 열량계의 열용량 측정과 열량계 속 물체의 비열을 측정해서 계에서 변화하는 에너지의 형태와 시간에 대한 온도 변화가 어떻게 나타나는지를 확인했다. 이론적인 배경을 바탕으로 열량계의 열용량과 추의 비열을 측정할 수 있었고, 추가 알루미늄일 것이라고 예상했다. 오차원인으로는 측정 오차, 열 손실 등이 작용하는 것을 알 수 있었고, 작은 측정 오차로도 결과가 크게 바뀌는 것을 알 수 있었다. 또, 실제로 공급된 전기에너지와 측정을 통해 확인한 열에너지를 비교했을 때 차이가 있지만 거의 비슷하게 나오는 것을 확인할 수 있었다.5. 참고문헌[1] Halliday, Resnic, Jearl Walker 「일반물리학 제 1권」, 9th Edition[2] SNU Physics Laboratory 「에너지의 모습」부록1. 실험 1 그래프 추세선표 SEQ 표 * ARABIC 4 각 실험의 추세선실험추세선500mly=0.0261x+22.294550mly=0.0231x+22.534600mly=0.0213x+22.608550ml+추y=0.0231x+22.5342. 물체의 비열 표그림 SEQ 그림 * ARABIC 2 물체의 비열 표(할리데이)물리학실험 1 (분반)(날짜)

자연과학| 2021.09.11| 4페이지| 1,000원| 조회(394)

열역학, 물리학실험, 실험보고서, 서울대, 서울대학교, A+, 에너지의 모습, 물실, 물리학실험2

미리보기

닫기