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아주대학교 생명과학실험 7. 물벼룩 심장 박동 관찰 결과보고서(A+)

(생명과학실험 결과보고서)8. 물벼룩 심장 박동 관찰1. 실험 목적에피네프린, 아세틸콜린 등과 같은 신경전달물질의 화학적 메신저로 인한 신체 조절 현상과 온도 조건, 약물에 의한 심장박동수의 변화를 물벼룩을 통해 관찰한다.2. 실험 원리2.1 물벼룩15~25C°의 일반적인 연못이나 호수와 같은 민물에 서식하는 아주 작은 동물 플랑크톤으로 절지동물문, 갑각류, 탈피동물에 속하며 1.2 ~ 2.5mm의 작은 몸길이를 갖는다. 물 속에서 서식하기 때문에 Filter feeder(여과 섭식자)이다. 수명은 약 2달 정도(40~56일)이고, 사람과 다르게 개방순환계를 가지고 있다. 개방 순환계를 가진 생물로서 혈관 없이 피를 온몸으로 전달하는데, 해당 과정은 심장이 피를 뿜게 되면 그 피가 머리와 등의 틈으로 들어온 물을 따라 피가 온몸으로 전해지는 방식이다. 등쪽에 3자 모양 대장을 가지고, 이 3자 모양 중 가운데 굴곡 부분에 투명한 심장이 존재하는데, 몸집이 작은 만큼 심장이 빠르게 뛴다. 생식 시에는 유성생식을 하여서 내구란을 갖는다. 몸길이가 작고 몸을 이루는 막이 반투명해 내부의 기관들이 잘 보이는 특징이 있어 환경독성평가 등에 주로 활용된다. 참고로 물벼룩을 현미경으로 관찰할 때에는 꼭 옆으로 눕힌 후에 관찰을 해야 원활하게 물벼룩의 심장을 관찰할 수 있다.2.2 심박수에 영향을 미치는 요인2.2.1 호르몬심박수에 영향을 미치는 호르몬은 교감신경과 부교감 신경에 자극을 주는 호르몬들로, 매우 많은 종류의 호르몬들이 존재하지만 본 실험에서 다루는 아세틸콜린과 에피네프린을 중점적으로 조사하였다.① 아세틸콜린아세틸콜린은 자율신경계의 신경전달물질 중 하나로, 뉴런과 근육세포 혹은 집중, 기억, 인지, 학습 등 높은 수준의 뇌기능을 수행하고 있는 뉴런들 사이에서 작용하는 신경전달물질이자 호르몬이다. 심장 조직에서 아세틸콜린을 통하는 신경 전달은 저해 작용을 하여서 심박수를 낮추는 결과로 발생하지만, 골격근에서 아세틸콜린을 통하는 신경 전달은 흥분성 신경 전달 물질로심장박동을 느리게 한다.② 에피네프린아드레날린이라고도 불리며, 부신 안쪽에 위치하는 부신수질에서 생성된 후 혈액으로 방출되어 몸의 다양한 기능과 관련 연합 뉴런들 사이에서 교감 신경을 자극하는 신경전달물질이자 호르몬이다. 해당 호르몬은 심장박동의 강도와 횟수를 증가시키거나 혈관을 수축하여 공기가 드나드는 기관을 팽창하도록 유도한다. 체내 신경에서 에피네프린이 방출될 때도 존재한다. 교감신경이 활성화될 시에, 교감 신경의 자극에 의해 부신 속질에서 신경전달물질로서 에피네프린이 방출되어 심장 박동을 빠르게 한다.2.2.2 온도① 고온 조건간뇌 시상하부에 존재하는 설정 온도보다 체온이 더 높을 때, 체온 조절 중추는 교감 신경을 이용하여 열 발산량을 늘리고, 열 생산량을 감소하는 방향으로 신체 반응을 유도한다. 해당 과정에서 근육에 대한 운동량을 줄이고 식욕을 억제하여 열 생산량을 감소한다. 또한 피부혈관을 확장하고 땀샘을 자극하여 심장 박동을 촉진시키는 것으로 열 발산량을 늘려 체온이 설정 온도와 비슷하게 변화하도록 조절한다.② 저온 조건간뇌 시상하부에 존재하는 설정 온도보다 체온이 낮을 때, 체온 조절 중추는 운동 신경과 교감신경을 통해 열 생산량을 증가하고, 열 발산량을 감소하는 방향으로 신체 반응을 유도한다. 해당 과정에서 근육에 대한 운동량을 늘리고 몸을 떨게 만들어 열을 생산하거나 식욕을 증진시켜 열 생산량을 증가시키고, 피부혈관을 수축하여 심장박동을 억제하고 몸을 움츠려 표면적을 감소시키는 것으로 열 발산량을 감소하여 체온이 설정 온도에 비슷하게 변화하도록 조절한다.2.2.3 화학물질(약물)화학물질 또한 호르몬과 마찬가지로 심박수에 영향을 끼치는 약물의 종류가 매우 많지만, 본 실험에서 사용하는 니코틴과 카페인을 중점적으로 조사하였다.① 니코틴니코틴은 특정 식물에서 발견되는 알칼로이드 물질로, 체내에 들어갈 경우 혈류에 의해 빠르게 퍼진다. 이때 부신수질 내 수용체에 결속될 경우 세포의 탈분극화와 칼륨의 유입을 일으킴으로써 호르몬을 자극해 에피네프린의 혈압을 상승시킨다. 이 해당 과정을 거치게 되면 심장박동이 촉진된다. 그리고 이 카페인을 포함한 용액을 활성화탄소를 채운 관으로 통과시키면 카페인만 걸러진 용액이 완성되는데, 이를 디카페인이라고 한다. 하지만 이 용액에도 소량의 카페인은 존재한다.2.2.4 그 외의 요인① 운동운동을 하게 되면, 각종 근육에 존재하는 세포들이 활발하게 물질대사를 진행하게 된다. 이러한 과정에서 근육들이 필요한 산소가 부족해지는데, 이 문제를 심장 박동을 촉진시킴으로써 해결한다. 심박수가 높아지면, 그만큼 혈류의 속도가 빨라져 신체 곳곳에 산소를 공급하는 데 도움이 되기 때문이다.② 스트레스흥분이나 공격성, 불안과 초조 증상과 같은 정신적인 스트레스는 심혈관계 증상을 동반한다. 스트레스를 받는 상황에서는 교감신경이 활성화되고 이는 카테콜아민의 분비로 이어져 심장 박동이 촉진되게 된다.2.3 생장실마이크로프로세서를 이용하여 PID 온도, 습도 등의 조건을 정밀하게 조절해 식물 또는 생물을 특정 조건에서 배양할 수 있도록 하는 실험 장치로써, 본 실험에서는 물벼룩의 온도 중 37도 조건을 맞추기 위해서 사용하였다.3. 실험 방법본 실험에서 유의해야 할 점은 스포이드로 물벼룩을 옮기는 과정에 있어서 물벼룩이 끼어 죽지 않도록 스포이드의 끝부분을 자르고 사용해야한다.3.1 온도에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관찰 실험① 물벼룩을 스포이드를 이용하여 약간의 액체배지와 함께 홀 슬라이드글라스에 옮긴 후 여분의 액체배지를 제거한다. (3개의 set를 준비)② 광학현미경 (x40배)을 이용해 물벼룩의 심장의 위치를 확인한다.③ 각각의 물벼룩을 15초 동안 카운터기를 이용하여 심장박동수를 측정한다. (15초-> 1분 환산)④ 물벼룩이 들어있던 튜브의 액체배지를 슬라이드글라스 위의 물벼룩에게 한 방울씩 떨어뜨린 후 각각 4℃(또는 얼음물 이용), 실온, 37℃ 조건에 5분간 방치한다.⑤ 물벼룩의 심장 박동수를 다시 측정하여 실험 전 심장박동수와 비교한다.4.2 약물에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관마리를 포함하여 총 5개 set의 물벼룩을 준비한다(새로운 물벼룩 2마리는 초기 심장박동 수를 다시 측정한다.).③ 각각의 물벼룩에 0.01% 에피네프린, 아세틸콜린, 0.1%니코틴, 커피 2종류를 한 방울씩 떨어뜨린 후 5분간 상온에서 방치한다.④ 물벼룩의 심장 박동수를 측정하여 초기 심장박동 수와 비교한다.4. 실험 결과4.1 온도에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관찰 실험결과(15초당 심박수)4.2 화학물질에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관찰 실험결과(15초당 심박수)5. 고찰이번 실험을 하면서 가장 중요한 것은 물벼룩을 죽지 않게 하는 것이었다. 물벼룩의 심박수를 관찰하는 과정에 있어서 홀 슬라이드 글라스에 스포이트를 통해 옮긴 후 적당량의 물을 부어야 했다. 해당 과정에서 적당량의 물이란 물벼룩이 움직이지 않을 정도와 물벼룩이 생존할 수 있을 정도의 양으로 조절한 양이었는데. 이를 시도하다가 물이 너무 없어 실험을 진행하던 물벼룩이 스포이드 내에 갇혀 죽어버리는 일들이 발생하였다. 다행이도 실험 결과는 정상적으로 나왔지만, 비효율적으로 실험 과정을 진행하여 시간이 보다 많이 걸린 실험이었다. 또 정확한 관찰을 위해서 몇 가지 고려해야 할 상황과 유의 사항이 존재하였다. 우선 눈으로 직접 관찰하는 실험이기 때문에, 물벼룩을 옮길 때 가능한 큰 개체를 선택하는 것이 우선시되었고, 물벼룩을 관찰할 때는 심장이 뛰는 것을 관측하기 위해 눕혀서 홀 슬라이드 글라스에 위치하는 것이 중요하였다. 또 각각의 조건을 취한 물벼룩 개체들을 타이머를 통해 정확한 시간 이후에 측정하는 것이 유의 사항 중 하나였다. 실제로 실험 시간이 부족하여 1분 간격으로 약물을 투입하며 여러 개의 타이머를 사용하여 실험을 진행하였다.5.1 온도에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관찰에 대하여해당 사항들을 고려하며 온도에 따른 물벼룩의 심박수 변화를 관찰할 때, 실온 조건의 물벼룩은 대조군이었으므로 심박수가 변화하지 않았어야 했다. 실험 결과, 물벼룩의 심장박동수가 15초간 약 80회 정도 뛰었는데 물벼룩의 상태에 따라 초당 심장박동수의 기준값이 달라질 수 있다는 사실을 확인하였다. 결과 37도 조건의 물벼룩은 온도가 올라감에 따라 물벼룩이 심장 박동을 더욱 빠르게 하여 열 발산량을 증가시켜 온도를 낮게 할 것이라고 예상하였고, 결과 또한 예상과 같이 처리 후에 심장박동수가 23회 증가(15초 기준)한 것으로 나와 실험이 정상적으로 이루어졌다는 것을 확인할 수 있었다. 4도 조건의 물벼룩에 대한 결과도 설정온도 보다 낮은 온도를 체온으로 갖는 생물이기에 혈류량을 감소시켜 열발산량을 감소하는 방향으로 반응이 진행되어 예상과 같이 처리 후에 심박수가 14회(15초 기준) 감소한 것을 확인할 수 있었다.5.2 화학물질에 따른 물벼룩의 심박수 변화 관찰에 대하여여러 화학물질(약물)을 조건으로 심박수의 변화를 관찰할 때에는 심박수를 증가시키는 효과를 발생시키는 화학물질인 에피네프린, 니코틴, 커피(카페인), 커피(디카페인) 제공한 것은 예상과 같이 각각 16회, 21회, 27회, 13회(15초 기준) 심장박동수가 증가하여 심박수를 감소시키는 효과를 발생시키는 것을 확인하였다. 심박수를 감소시키는 효과를 발생시키는 아세틸콜린은 12회(15초 기준) 심장박동수가 감소하여 심박수를 감소시키는 효과를 불러일으키는 것을 확인하였다. 여기에서 커피(카페인) 용액을 활성화탄소를 채운 관으로 통과시키 카페인만 걸러진 용액인 커피(디카페인)과 커피(카페인)에 따른 심장박동수 변화 비교를 통해 커피(디카페인)에도 소량의 카페인이 존재한다는 사실을 알 수 있었다.6. 참고 문헌10주차 물벼룩 심장박동 관찰 실험 강의 영상https://www.youtube.com/watch?v=arBOdCdAetg[그림 1]https://www.shutterstock.com/ko/video/clip-5177984-water-flea-microorganism-under-microscope[그림 2]https://www.aralab.pt/produtos/multi-tier-plant-growth-roo/

자연과학| 2022.06.18| 13페이지| 2,000원| 조회(1,365)

결과보고서, 아주대학교, 생명과학실험

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아주대학교 생명과학실험 9. 신경 반사 결과보고서(A+)

(생명과학실험 결과보고서)9. 신경 반사1. 실험 목적무릎 반사 실험을 통해 수의적 반응과 불수의적 반응을 비교하고, 자극에 대한 반응 차이를 이해한다.2. 실험 원리2.1 중추신경계(CNS)중추신경계(CNS)는 뇌와 척수로 구분되며, 감각기관으로부터 들어오는 신경정보를(자극 및 신호)를 통합, 분석하고 판별하여 생체 기능을 조절하는데 명령을 내리는 주요 기관이다.2.1.1 뇌척추동물의 없어서는 안될 필수 기관으로, 신체 항상성을 유지하며 자극을 통합, 수용하고 저장, 재생하는 중추 신경의 일부분이다. 연합 뉴런 신경망은 뇌에서 자발적 움직임, 인지, 기억, 감정, 학습 등의 복잡한 활동들을 할 수 있도록 한다. 뇌는 대뇌, 중뇌, 간뇌, 소뇌, 교뇌, 연수로 이루어지며 각각의 뇌 구조는 회색질과 백색질로 이루어진다. 회색질 부위는 시상하부, 시상, 기저핵 등을 포함하여 수의적 움직임과 체온과 내분비샘의 분비 감정 등의 기능을 조절하며 대뇌 겉질에서 정보의 통로로 이용된다. 백색질은 대뇌나 척수의 신경계를 구성한다.2.1.2 척수척수는 뇌와 연결되어 있고 감각, 운동 신경을 모두 포함하는 중추 신경의 일부분이다. 반사활동의 중추로, 위쪽 부분은 호흡과 팔의 움직임을 조절하고, 중간과 아래부분은 몸통과 다리의 움직임을 조절한다. 척수에서 반사가 이루어지는 과정은 다음과 같다. 감각 수용기로부터 자극이 전달되면, 이 자극은 구심성 뉴런으로 이어진다. 구심성 뉴런은 원심성 뉴런과 연결되어 있는 연합뉴런을 자극해 골격근을 이완 혹은 수축하게 되고, 반사의 과정이 종료된다.2.2 말초 신경계(PNS)말초 신경계는 중추신경계에서 뻗어 나온 후, 가지처럼 갈라져서 온몸으로 퍼져 나가는 신경으로, 우리 몸 전체 신경계 중에서 중추신경계(뇌, 척수)를 제외한 나머지(몸, 팔, 다리) 여러 갈래로 뻗어 있는 신경계이다. 이러한 말초 신경계는 외부 기관과 중추신경계를 연결하여 외부의 자극을 감지한 감각정보를 중추신경계로 전달하거나, 중추신경계에서 보내오는 운동정보에 반응하도록 기신경계통이다. 체성신경계와 다르게 본인의 의지와 상관없이 스스로 움직이는 불수의근에 분포하는 신경계통으로, 교감 신경과 부교감 신경으로 구분할 수 있다. 교감 신경은 척수의 중간에서 나와 척수의 양쪽으로 늘어선 교감 신경절에서 다른 뉴런으로 연결되어 여러 내장 기관에 분포하여 몸이 위험한 상황에 처하였을 때 빠르게 반응할 수 있도록 여러 작용을 돕는다. 부교감 신경은 이와 반대로 중뇌와 척수의 꼬리 부분 및 연수에서 나와서 각 내장 기관에 연결되며, 몸이 이완의 상태로 접어들 때의 작용들을 돕는다. 이런 식으로 교감 신경과 부교감 신경은 길항 작용의 관계를 가진다.2.3 신경세포(뉴런)신경계를 이루는 구조적, 기능적 기본 단위로, 기능과 위치에 따라 모양과 크기가 매우 다양하고, 이를 바탕으로 각각의 기관에 적절한 반응을 전달, 통합하게 해주는 신경세포이다. 모든 뉴런은 세포체와 수상돌기와 축삭, 두 가지 종류의 확장부 또는 돌출부를 갖는다. 신경계의 모든 작용이 신경세포와 신경세포 간의 상호작용으로 인해 이루어지는데, 세포체에는 핵과 대부분의 세포 소기관이 존재하여 단백질, 지질, 탄수화물 등을 합성한다. 수상돌기는 신호를 수용하고 그것을 세포체로 전달하는 역할을 하고, 축삭은 세포체에서 다른 효과기나 뉴런으로 신호를 전달하는 역할을 한다. 정상적인 자극의 전도 과정은 신경세포체에서 축삭을 향하여 일어나며, 시냅스를 거쳐 전도되어 뉴런의 신경세포체 또는 효과기에 흥분이 전도된다. 또한 뉴런은 우리 몸의 감각 수용기에서 받아들인 자극에 대한 정보를 중추 신경계로 전달하는 감각 뉴런, 중추신경계에서 정보를 분석하고 적절한 반응을 통합하는 중간 뉴런, 효과기로 신호를 전달하는 운동 뉴런으로 구분된다. 따라서 감각기, 감각 뉴런, 중간 뉴런, 운동 뉴런, 반응기(근육)순의 신경전달경로를 가진다.2.4 수의적 반응대뇌의 판단과 명령에 직접적인 지배를 받아 일어나는 반응으로, 본인의 의지로 이루어지는 반응을 뜻한다. 대뇌피질 연합영역, 대뇌, 기저핵, 소뇌 등에서 담당이 발생한다. 이때 중추 신경이 대뇌 피질 이외의 중추 부위에서 나오는 것을 반사라고 칭하며, 무조건 반사 또한 특정 자극에 대해 무의식적으로 반응하여 불수의적 반응에 속한다. 다음은 무조건 반사의 예이다.2.5.1 척수 반사생명에 관련이 깊은 자극들에 대해서 대뇌를 거치지 않고 척수 수준에서 바로 일어나는 반사를 뜻하며, 척수의 회백질을 통해 나온다. 대부분의 척수 반사는 충격과 같은 자극에 의하여 근육이 운동하게 되며, 그 예로는 무릎 반사, 뜨거운 물체에 닿았을 때 움츠리기 등이 있다. 본 실험에서 진행하게 될 무릎 반사에 대해 더 자세하게 알아보자면, 무릎 바로 아래 무릎인대를 반사용 고무망치로 치면 무릎인대는 약간 신장하게 되고, 신장으로 인한 신경충격은 감각 뉴런에서 연합 뉴런을 통해 운동 뉴런으로 전달되어 허벅지 대퇴사두근의 수축을 가져오고 그 결과 다리가 들리게 되면 반사 경로를 가진다. 일상에서 무릎 반사가 자주 일어나지는 것은 아니지만, 실험 면에서 가장 안전하고 쉽게 불수의적 반응을 알아볼 수 있는 척수반사의 예시라서 실험에 주로 사용되곤 한다.2.5.2 연수 반사체온 유지, 자발적 호흡, 감각, 심장 박동 등 생명유지에 필요한 여러 기능을 담당하는 반사를 뜻하며, 눈꺼풀 기침, 재채기, 하품, 침 분비 등의 반사가 존재한다.2.5.3 중뇌 반사중뇌 반사의 예로는 동공 반사가 존재한다. 동공 반사는 눈에 빛이 들어왔을 때, 동공을 수축하거나 수정체 두께를 조절하여 빛이 없을 때 초점을 맞추는 반사이다.3. 실험 방법10번의 과정에서 신경전달속도를 구하는 식은 다음과 같다.신경전달속도 = (수용기에서 효과기까지의 거리(m)) / (자극에서 반응까지 걸린 시간(sec))이때 수의적 반응은 피실험자의 머리부터 무릎까지의 길이를 수용기에서 효과기까지의 거리로 설정하고, 불수의적 반응은 피실험자의 무릎부터 허리까지의 길이의 2배를 한 값을 수용기에서 효과기까지의 거리로 설정한다.① 인터페이스의 1번 채널 EKG 센서, 2번 채널에 가속도계를 연결한다 존재하는 전극에, 검정 선은 슬개골에서 10cm 아래에 존재하는 전극에 연결한다.⑦ 불수의적 반응을 측정하기 위해 Logger Pro를 이용하여, 망치가 무릎에 닿는 순간과 무릎 반사로 인한 발차기가 일어나는 시간을 1분간 측정한다.⑧ 수의적 반응을 측정하기 위해 Logger Pro를 이용하여, 피실험자가 눈을 감은 상태에서 망치 소리를 듣고 발차기를 한 시간을 1분간 측정한다. 이때 불규칙적으로 망치 소리를 내도록 한다.⑨ 불수의적 반응과 수의적 반응에 대한 각각의 반응 시간을 표로 작성하여 평균 시간을 구한다.⑩ 평균 시간을 바탕으로 각각의 신경전달속도를 식을 통해서 계산한다4. 실험결과4.1 수의 실험회차종류12345망치 타격시간(sec)2.706.819.0610.9913.27신경 반응시간(sec)2.796.959.2311.1113.38차이(sec)0.090.140.170.120.114.2 불수의 실험회차종류12345망치 타격시간(sec)1.585.487.969.8412.12신경 반응시간(sec)1.625.508.029.8812.15차이(sec)0.030.020.060.040.034.3 신경전달속도 계산수의적 반응불수의적 반응반응 경로의 길이(m)1.33 m1.10 m자극에서 반응까지 걸린 평균 시간(sec)0.126 sec0.036sec신경 전달 속도(m/sec)10.55 m/sec30.55 m/sec피실험자의 무릎부터 허리까지의 길이는 55cm로, 피실험자의 무릎부터 뒷목까지의 길이는 133cm로 측정되었다. 불수의적 반응의 반응 경로 길이는 무릎부터 허리까지의 길이의 2배를 한 값으로 계산하였다.신경전달속도 = (수용기에서 효과기까지의 거리(m)) / (자극에서 반응까지 걸린 시간(sec))5. 고찰5.1 수의적 반응 실험수의적 반응 실험에서 가장 중요한 것은, 피실험자가 망치가 책상에 부딪히는 소리만을 듣고 반응을 하는 것이었다. 따라서 불규칙적으로 망치를 책상에 부딪혀서 피실험자가 소리만을 바탕으로 반응할 수 있도록 하였다. 총 5 측정한 결과생하여 신경 반응의 전압이 높게 측정되었고, 이는 실험의 결과를 내는 것에 있어서 더 정확하게 결과를 내는데 도움이 되었다.5.3 신경전달속도의 계산신경전달 속도를 계산하는 방식에 있어서, 수의적 반응과 불수의적 반응 각각에 대해 수용기에서 효과기까지의 거리를 다르게 계산하는 방식은 두 가지 반응의 차이 때문에 발생한다. 수의적반응은 감각기에서 대뇌를 거쳐 명령이 내려진 후 이 명령이 반응기로 이동하여 반응이 이루어진다. 하지만 불수의적 반응인 무릎 반사는 척수를 중추로 하여 대뇌를 거치지 않고 반응기로로 곧바로 이동하여 반응이 이루어지기 때문이다. 따라서 수의적 반응은 대뇌부터 반응기까지의 거리를 반응 경로의 길이로 측정하기 위해 피실험자의 무릎부터 뒷목까지의 길이를 사용하였고, 불수의적 반응은 피실험자의 척수에서 무릎까지의 길이를 반응 경로의 길이로 사용하였다. 그렇게 두가지 반응 실험의 신경전달속도를 계산한 결과, 불수의적 반응이 수의적 반응보다 더 높은 신경전달속도를 나타냈다. 이는 수의적 반응은 대뇌가 반응에 관여를 하는 반면에 불수의적 반응은 대뇌가 관여를 하지 않는 무조건 반응이기에 반응 시간이 더 짧아 더 높은 신경전달속도를 나타낸 것으로 판단했다.5.4 교재 문제Q1. 반사궁에 대하여 설명하고 중추신경계에 있는 반사궁의 요소와 말초 신경계에 있는 반사궁의 요소를 기술하시오.반사궁이란 특정한 반사에 관여하는 신경 경로로써 감각 기관(수용기)에서 자극을 받아들여질 때, 그 신호가 구심성 신경을 통해서 반사 중추에 도달한 후 원심성 신경을 거쳐서 운동 기관(반응기)에 이르는 전체적인 과정을 뜻한다. 중추신경계에 존재하는 반사궁의 요소는 뇌(대뇌, 소뇌, 간뇌, 중뇌, 연수)와 척수가 반사 중추로써 존재한다. 말초 신경계에 존재하는 반사궁의 요소는 반사 중추 외의 나머지 것들로써, 감각 신경과 운동신경으로 구분되는 체성신경계와 교감 신경과 부교감 신경으로 구분되는 자율 신경계가 존재한다.Q2. 일상에서 찾아볼 수 있는 일반적인 물체운동의 속도와 신경 x

자연과학| 2022.06.18| 13페이지| 2,000원| 조회(222)

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아주대학교 물리학실험2 축전기의 축방전 결과보고서(A+)

결과보고서제목 : 축전기의 충·방전[1] 측정값 및 계산R```＝1k OMEGA충전현상t _{0} prime `````= 9.995sV _{0} ```= 3.994Vi1-e ^{- {t} over {tau }}V _{i}t _{i} '````````````t _{i`}#(t _{i} prime -t _{0} prime )검토1/20.5001.974V10.23s0.235s{T} over {tau `ln2} ``= {0.235s} over {(0.345s)ln2} ```=0.98310.6322.516V10.34s0.345s20.8653.451V10.71s0.715s{t _{2}} over {2 tau } ```= {0.715s} over {2 TIMES (0.345s)} ```=1.0430.9503.791V11.10s1.105s{t _{3}} over {3 tau } ```= {1.105s} over {3 TIMES (0.345s)} ```=1.07방전형상t _{0} prime `````= 4.995sV _{0} ```= 3.931Vie ^{- {t} over {tau }}V _{i}t _{i} '````````````t _{i`}#(t _{i} prime -t _{0} prime )검토10.3681.449V5.365s0.370stau =0.370s20.010.039V6.890s1.895st _{2} / tau ```=1.895s/0.370s=`5.12시간상수충전 :tau ````= 0.345s방전 :tau ````= 0.370sC의 계산충전 :C= {tau } over {R} = {0.345s} over {1000 OMEGA } =345 mu F표시값과의 비교 :{C _{표시값} -C _{계산값}} over {C _{계산값}} TIMES 100(%)= {��330-345��} over {345} TIMES 100%=4.35%방전 :C= {tau } over {R} = {0.370s} over {1000 OMEGA } =370 mu F표시값과의 비교 :{C _{표시값} -C _{계산값}} over {C _{계산값}} TIMES 100(%)= {��330-370��} over {370} TIMES 100%=10.8%[그래프 첨부][2] 토의1. 질문에 대한 토의질문 1. 충전이 시작되는 시간 또는 방전이 시작되는 시간인t _{0} '를 위의 6에서와 같이 정할 때 오차는 대략 얼마나 될까? 아 오차를 줄이는 방법은 어떤 것이 있을까?A: 충전이 시작되는 시점으로부터 직전과 직후를 측정하고, 측정한 직전과 직후가 잘 드러나도록t _{0} '를 정하는 방법이 6에서와 같다. 이 방법으로 축전기의 전기용량을 측정한 결과, 충전 시에는 오차가 4.35%, 방전 시에는 오차가 10.8%였다. 충전 시에는 오차가 5% 이내이지만 방전 시에는 10% 이상의 큰 오차가 발생하였다. 이렇게 발생하는 오차를 줄이기 위한 방법으로는 시간의 간격을 좀 더 줄여 더 많은 값들을 측정하는 방법이 있다. 즉, 진동수의 값을 최대로 증가시켜 측정하는 것이 오차 발생을 줄이는 방법이라고 생각한다.질문 2. 위의 분석으로부터 축전기의 충전, 방전현상이 식 (2)와 (3)의 지수함수형 변화라고 인정되는가?A:이는 위에서도 그래프를 첨부하였듯이 축정기의 충전, 방전 현상을 나타낸 그래프이다. 그래프를 살펴보면, 축전기가 충전되는 구간과 방전되는 구간에서 그래프와 같이 지수함수 형태로 변한다는 것을 알 수 있다.질문 3. 반감기와 시간상수의 관계식T= tau ln2는 성립하는가?A: 실험 1, 축전기의 충전현상을 관찰할 때, i=1/2인 경우의 실험 데이터에 따르면{T} over {tau `ln2} = {0.235s} over {(0.345s`)ln2} =0.983의 관계를 만족한다. 따라서 두 값의 비가 거의 1에 근사하는 것을 확인하였다. 또한 상대오차를 계산해 보더라도 반감기와 시간상수의 관계식T=`tauln2는{|T- tau `ln2`|} over {T} TIMES `100%`=1.73%의 미세한 상대오차를 가진다. 따라서 반감기와 시간상수의 관계식T= tau ln2는 성립한다고 볼 수 있다.질문 4. 이 축전기에 충전된 전하의 최대값Q _{max}는 얼마인가?A:Q=CV 에서C가 일정하다고 하면Q _{max} =CV _{max}이다.따라서Q _{max} =(330 mu F)(3.994V)=1318 mu C (C=표시값)의 값이 나온다. 실험으로 얻은 값을 통해 구해보면Q _{max} =(357.5 mu F)(3.994V)=1428 mu C (C=충전과 방전에서의 계산값의 평균값)이 나온다. 두 값을 비교해보면{|1318-1428`|} over {1428} TIMES `100%`=7.703%로 7.703%의 오차가 발생한다.질문 5. 방전현상에서Q=0.01Q _{0}가 되는 시간은 시간상수의 몇 배인가?A:Q````=Q _{0} e ^{- {t} over {tau }} 식을 이용해 시간을 구할 수 있다.실험 2, 방전 현상에서e ^{- {t} over {tau }} = 0.01일 때,{t _{2}} over {r} ``= 5.12이므로Q```=0.01Q` _{0}가 되는 시간t _{2}는 시간상수의 5.12배이다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의이번 실험에서는 축전기의 충전 현상과 방전 현상을 그래프를 통해 살펴보고, 이를 바탕으로 축전기의 충전현상과 방전현상이 지수함수를 따르는지 확인하였다.참조한 그래프에 따르면, 축전기의 충전현상은 그래프에서 두 번째로 급격하게 전압이 상승하는 구간에서 나타난다고 할 수 있다. 이 때, 충전될 수 있는 전압의 최댓값은 3.994V로 측정되었다. 그리고 반감기일 때 전압은 1.997이고, 반감기에 도달하는 시간은 0.235s이다. 여기서 반감기란 전압이 절반으로 떨어지는 시간을 말한다. 이와 같이 측정값 중에서 구하고자 하는 값과 가장 가까운 값을 기록한 뒤 시간 상수의 값을 구하였다. 시간상수는 i=1일 때, 걸린 시간의 값으로 0.345s가 측정되었다. 그리고 이를 바탕으로 원리에서T= tau ln2를 확인한 결과, 그 비가 0.983으로 거의 1에 근사하였다. 그리고 축전기의 방전현상은 그래프에서 처음으로 급격하게 전압이 하락하는 구간에서 나타난다고 할 수 있다. 이 때, 전압에 급격하게 떨어지기 직전의 전압값, 즉 방전의 초기값은 3.931V로 측정되었다. 그리고 충전현상을 관찰할 때처럼 구하고자 하는 값과 가까운 측정값을 기록하여 시간상수를 구하였는데, 방전현상에서는 시간상수가 0.370s로 구해졌다. 충전 현상과 방전 현상에서 시간상수가 다른 것은 그래프 상에서의 미세한 차이일 것이라고 생각한다. 두 시간상수의 차이는 0.025s로 측정값에서 아주 미세한 차이라고 할 수 있다. 수많이 나열된 측정값 중 한 단계의 차이로 발생한 0.025s의 오차는 실은 거의 근접한 값을 가지고 있다고 생각해도 무방하다고 생각한다. 또한 실험에서 구한 시간상수와

자연과학| 2022.06.18| 5페이지| 1,500원| 조회(225)

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아주대학교 물리학실험2 축전기와 전기용량 결과보고서(A+) 평가B괜찮아요

결과보고서제목 : 축전기와 전기용량[1] 측정값실험 1 전하량의 변화에 따른 전압 변화 (d _{0} = 2mm)증명판의 접촉 횟수12345678V2V5V8V11V15V18V21V24V눈금 보정량:TRIANGLE d = 1mmd` = 2d` _{0} :V = 30V실험 2 전극 표면의 전하밀도(V _{sigma } )의 분포양극판증명판의접촉 위치(r)00.25R0.5R0.75R0.9R1.0R안쪽(수평방향)4V5V9V5V6V7V안쪽(연직방향)4V4V7V6V5V7V바깥쪽(연직방향)-----1V1V2V3V4V음극판증명판의접촉 위치(r)00.25R0.5R0.75R0.9R1.0R안쪽(수평방향)-6V-7V-7V-7V-6V-6V안쪽(연직방향)-6V-7V-7V-6V-6V-6V바깥쪽(연직방향)------2V-1V-1V-1V-2V실험 3 전압의 변화에 따른 전하밀도의 변화전압(V)-전원100020003000전위(V _{sigma } )-전위계3V10V17V실험 4 간격의 변화에 따른 전압의 변화d prime (mm)V(volt)x(pF)C _{1} = (278pF)/dy(V```` ^{-1} )y=1/Vy'(계산값)y'=ax+b414V69.500.0710.07648513V55.600.0770.07293614V46.330.0710.07057814V34.750.0710.067611015V27.800.0670.065841516V18.530.0630.063472017V13.900.0590.06229기울기a = 0.0002551744(pC ^{-1} )절편b = 0.058745181( {pF} over {pC} )전하량Q = 2001.693(pC)누설용량C _{s} = 263.9112(pF)Q= {1} over {a} = {1} over {0.0002551744(pC ^{-1} )} =3918.888(pC)C _{s} =b TIMES Q= {b} over {a} `= {0.058745181(pF/pC)} over {0.0002551744(pC ^{-1} )} =230.2158(pF)[2] 결과＊그래프 첨부[그래프 1] 증명판의 접촉 횟수와 전압[그래프 2] 양극판의 접촉 위치와 전위[그래프 3] 음극판의 접촉 위치와 전위[그래프 4] 전압과 전위[그래프 5] 계산값과 실험값 비교[2] 토의1. 질문에 대한 검토질문 1. 왜 전하를 추가함에 따라 전위가 변하는가?A: 전기용량C= {Q} over {V}로 표현할 수 있다. 따라서 전기용량이 일정하면 증명판으로 전하를 공급할 때, 전기용량이 축전기에 대해 극판 사이의 간격이 일정할 것이고 극판의 면적이 일정하다면, Q(전하량)이 늘어남에 따라 V가 변할 것이다. 즉, 전기용량 C 일정하기 때문에 전하가 늘어나면 전위도 같이 늘어나는 것을 알 수 있다.질문 2 극판 간격을 두 배로 하면 어떤 효과를 기대하는가? 기대한 효과가 관찰됐는가?A: 평행판 축전기의 전기용량C= epsilon _{0} {A} over {d}로 표현할 수 있다. 여기서epsilon _{0}는 공기 중의 유전율로서8.8541878176` TIMES 10 ^{-12`} F/M이고, A와 d는 각각 축전기판의 면적과 거리이다. 그러므로 극판 사이의 거리를 두 배로 하면 d가 2배가 되므로 전기용량이 1/2배가 된다. 또한C```=` {Q} over {V}로 표현할 수 있으므로 거리가 두 배가 되기 전과 같은 전하량을 축전기에 가하면 V가 2배로 증가하는 결과를 기대할 수 있다. 하지만 실험을 한 결과 V는 정확히 두 배가 되지 않았다. 실험 1에서 증명판 접촉 횟수가 8번일 때, 극판의 간격을 두 배로 하여 전압을 측정하였으나 원래 간격일 때 24V인 것에 비해 전압이 6V 높아지긴 하였으나 24V의 두 배인 48V에 못 미치는 30V의 전압을 측정할 수 있었다. 따라서 기대한 효과가 관찰되지는 못했다. 이 원인에 대해서 고민해본 결과, 누설전기용량이 발생했다고 추측할 수 있다. 누설전기용량은 실험과정에서 새어 나가는 전기용량을 말하고 이번 실험과정에서 실험기구들을 연결하는 전선으로 하여금 발생하였다고 생각한다. 즉, 실험에 사용한 전선의 구조가 축전기의 구조와 유사해 실험과정에서 전기들이 새어나갈 수 있는 가능성이 존재하여 누설전기용량으로 인해 기대한 효과가 관찰되지 못했다고 생각한다.질문 3 극판 내부에서 전하밀도는 위치에 따라 어떻게 변하는가? 극판 사이의 전기장에 대해 어떤 해석을 할 수 있는가? 극판 바깥의 전하밀도에 대해서는 어떻게 해석하여야 하는가?A: 각 양극판의 경우, 점점 바깥방향으로 갈수록 전하밀도가 증가하는데 거의 비슷한 값이 측정되다가 가장자리에서 높은 전하밀도가 측정된 것을 볼 수 있다. 이렇게 거의 비슷한 값의 전하밀도가 관측된 것을 보면 전하밀도가 고르게 분포한 것을 알 수 있고 이를 통해 전기장이 일정하다는 것을 알 수 있다. 가장자리에서 높은 전하밀도가 관측된 것은 '가장자리효과(edge effect)'가 나타났음을 유추할 수 있다. 가장자리효과란 축전기의 가장자리에서 나타나는 전기장에 의한 효과로 평행 판의 가장자리에서 축전기의 안과 밖 사이에 전기장이 급격히 떨어지지 않고 어느 정도 바깥으로 퍼져 나가기 때문에 나타나는 현상을 말한다. 양극판의 안쪽보다 바깥쪽의 전하밀도가 낮은데 안쪽의 전기장보다 바깥쪽의 전기장이 약한 것을 알 수 있다. 음극판의 경우에는 양극판에 비해서 가장자리효과가 덜 나타났다. 그러나 일정한 전하밀도가 측정된 것을 알 수 있고 이를 통해 전기장이 일정하다는 것을 알 수 있다. 그리고 양극판의 경우와 같이 음극판의 경우에도 안쪽보다 바깥쪽의 전하밀도가 낮게 측정되었다.질문 4 축전기의 전하량Q가 축전기판의 전위차V에 비례한다고 할 수 있는가? 그래프를 그려 해석하여라A: 결과의 [그래프 4]를 확인해보면 전압이 증가할수록 전하량이 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고 공식C= epsilon _{0} {A} over {d}에서d와A가 일정하기 때문에 전기용량이 일정하다. 이를 통해 공식Q=C TRIANGLE V 을 이용하면 축전기의 전하량과 축전기판의 전위차는 비례 관계임을 확인할 수 있다. 참고로 누설전기용량은 상수로 표현할 수 있기 때문에 작용한다 하더라도 축전기의 전하량과 축전기판의 전위차는 여전히 비례 관계이다.질문 5 실험 4의 데이터 분석으로부터 평행판축전기의 전기용량의 식C````````=``` epsilon _{0} {A} over {d}는 측정한d의 범위에서 얼마나 잘 적용되는가?A: 결과의 [그래프 5]를 확인해보면d가 증가할수록 전압이 증가하는 것을 알 수 있다. 그리고V ^{-1} (1/V)이 증가할수록 전기용량(pF)이 증가하는 것을 통해 전압이 증가할수록 전기용량이 감소하는 것을 알 수 있다. 그리고 공식C= epsilon _{0} {A} over {d}에서d가 증가할수록 전기용량이 감소하게 된다. [그래프 5]를 확인하여 볼 때, 이론값과 실험값이 서로 작은 오차는 있지만 크게 다르지 않은 모습을 띄고 있기 때문에 측정한d의 범위에서 잘 적용되는 것을 알 수 있다.2. 실험과정 및 결과에 대한 검토이번 실험을 통해 축전기의 전하, 전압 그리고 전기용량 간의 관계를 관찰하였다. 그리고 평행판 축전기 내부에 균일한 전기장이 형성되는지 확인해보았다.실험 1: 실험 1에서는 전기용량을 일정한 상황에서 전하량의 변화에 따른 전압을 측정하였다. 그리고 이를 결과의 [그래프 1]로 표현한 결과, 전하량과 전압은 일정한 비례 관계임을 확인할 수 있었다. 또한 극판의 간격을 2배로 늘려 전압이 두 배가 되는지 확인하였다. 러나 극판의 간격을 2배로 늘렸을 때 전압이 2배인 48V로 측정되길 기대했으나 30V로 측정되었다. 이 요인은 누설전기용량 때문이라고 생각했다. 전압이 정확히 2배로 증가한 것은 아니지만 극판의 간격을 늘리면 전압이 증가한다는 사실은 확인할 수 있었다.실험 2: 실험 2에서는 전극 표면의 전하밀도의 분포를 확인하였다. 그리고 양극판에서는 가장자리를 제외한 위치에서 거의 비슷한 전하밀도의 분포를 측정하였고 이에 대해 일정한 전기장이 형성되었다고 해석하였다. 양극판의 가장자리에서는 가장자리 효과(edge effect)가 관찰되었는데, 이는 극판의 가장자리로 갈수록 면적이 좁아지면서 전하밀도가 높아지는 현상이었다. 하지만 이 효과는 음극판에서는 뚜렷하게 확인되지 않았다. 그리고 양극판과 음극판 모두 바깥쪽 전하밀도가 안쪽 전하밀도보다 낮게 측정된 것을 확인하였다.

자연과학| 2022.06.18| 9페이지| 1,500원| 조회(286)

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아주대학교 물리학실험2 옴의 법칙 결과보고서(A+)

결과보고서제목 : 옴의 법칙[1] 측정값실험 1표시저항I`V`R`33OMEGA 0.091A2.958V33OMEGA100OMEGA 0.031A2.956V95OMEGAR= {V} over {I} = {2.958V} over {0.091A} =33 OMEGA R= {V} over {I} = {2.956V} over {0.031A} =95 OMEGA[그래프 1, 2 - 실험 1 33OMEGA 에서의 시간과 전압 그래프, 전압과 전류 그래프(왼쪽부터)][그래프 3, 4 - 실험 1 100OMEGA 에서의 시간과 전압 그래프, 전압과 전류 그래프(왼쪽부터)]실험 2 정류용 다이오드1k OMEGA 표시저항의 측정값 :R _{B} =993 OMEGA측정 점V _{D} `(V)V _{B} `(V)I`(A)R`( OMEGA )I```` APPROX 4mA 부근0.658V4.013V0.00404A163OMEGAI```` APPROX 2mA 부근0.625V2.022V0.00204A306OMEGAI```` APPROX 1mA 부근0.591V0.992V0.000999A592OMEGAI```` APPROX 0.5mA 부근0.557V0.484V0.000487A1143OMEGAI```` APPROX 0.2mA 부근0.520V0.225V0.000227A2291OMEGAV _{D} ```` APPROX -2V 부근-1.975V0.000936V0.000000943A2094380OMEGAV _{D} ```` APPROX -4V 부근-3.996V0.000693V0.000000698A5724928OMEGAI= {V _{B}} over {R _{B}} = {4.013V} over {993 OMEGA } =0.00404``A,````R= {V _{D}} over {I} = {0.658V} over {0.00404A} =163 OMEGA I= {V _{B}} over {R _{B}} = {2.022V} over {993 OMEGA } =0.00204A`,```R= {V _{D}} over {I} = {0. over {993 OMEGA } =0.000227A,````R= {V _{D}} over {I} = {0.520V} over {0.000227A} =2291 OMEGA I= {V _{B}} over {R _{B}} = {0.000936V} over {993 OMEGA } =0.000000943A,````R= {V _{D}} over {I} = {-1.975V} over {0.000000943A} =2094380 OMEGA I= {V _{B}} over {R _{B}} = {0.000693V} over {993 OMEGA } =0.000000698A````R= {V _{D}} over {I} = {-3.996V} over {0.000000698A} =5724928 OMEGA실험 3 발광 다이오드측정 점 :I```````` APPROX 2mA 부근다이오드V _{D} `(V)V _{B} `(V)I`(A)R`( OMEGA )D _{1} (적색)1.894V2.073V0.00209A907OMEGAD _{2} (녹색)1.916V2.000V0.00201A951OMEGAD _{3} (황색)1.917V2.001V0.00202A951OMEGAI= {V _{B}} over {R _{B}} = {2.073V} over {993 OMEGA } =0.00209A,```R= {V _{D}} over {I} = {1.894V} over {0.00201A} =907 OMEGA I= {V _{B}} over {R _{B}} = {2.000V} over {993 OMEGA } =0.00201A,```R= {V _{D}} over {I} = {1.916V} over {0.00201A} =951 OMEGA I= {V _{B}} over {R _{B}} = {2.001V} over {993 OMEGA } =0.00202A,```R= {V _{D}} over {I} = {1.917V} over {0.00202A} =951 OMEGA정류용 다이오드의 그래프: a)V-t 그래프 b)V _{B} -V _{{��95 OMEGA -100 OMEGA ��} over {(95 OMEGA +100 OMEGA )/2} TIMES 100=5.13%`식 (1)에 실험 1의 측정값을 대입하여 위의 상대오차를 구해보았다. 측정값과 각각 주어진 저항은 33OMEGA 에 대해서 0% 차이로 오차가 없음을 확인하였고, 100OMEGA 에 대해서 약 5.13%정도의 미세한 차이가 났다. 보통 저항에서 5% 내외의 오차가 발생한다는 점을 고려할 때, 33OMEGA 에 대한 측정값과 100OMEGA 에 대한 측정값 모두 5% 내외의 오차가 발생했다는 점에서 측정값이 잘 측정되었다고 할 수 있다.질문 2. 실험 1에서 사용한 저항소자들은 전압에 관계없이 일정한 저항을 갖는다고 할 수 있는가?A: 그래프 2와 4 33OMEGA 과 100OMEGA 에서의 전압과 전류 그래프를 확인해보면 그래프가 직선의 형태를 나타내는 것을 볼 수 있다. 옴의 법칙에 의해 해당 그래프의 기울기가 저항을 나타내는 것인데 직선의 형태를 나타내기 때문에 실험 1에서 사용한 저항소자들은 저항이 전압에 관계없이 일정하다고 할 수 있다. 그리고 이는 R=V/I의 옴의 법칙을 만족한다고 할 수 있다.질문 3. 다이오드가 옴의 법칙을 만족하지 않음을 간단히 기술한다면 관찰한 결과로부터 어떤 면을 지적하겠는가?A: 실험 2에서의 다이오드와 저항의 전압 그래프인 그래프 6을 살펴보면 가운데 그래프에서 전압은 주기적으로 공급되지만, 다이오드의 전류는 전압이 양(+)인 일부의 구간에서만 흐름을 확인할 수 있다. 만약 다이오드가 옴의 법칙을 따른다면, 전압이 음(-)일 때에도, 전류가 흘러야 할 것이다. 그리고 가장 오른쪽 그래프에서도 다이오드의 전류가 급격하게 증가하는 부분을 확인할 수 있다. 이를 통해 다이오드가 옴의 법칙을 만족하지 않음을 확인할 수 있다.질문 4. “다이오드에 전압이 양이면 전류가 흐르고 음이면 전류가 흐르지 않는다”고 말해도 되는가? 시험한 모든 다이오드에 대해 전류가2mA보다 커지는 대략적인 전압(전환점)을압이 순방향으로 걸릴 때, 전류가 흐르고 역방향으로 걸릴 때, 전류가 흐르지 않는다고 말할 수 있다. 그리고 이를 그래프로 확인할 수 있는데, 위 결과 그래프를 살펴보면, 전압이 양(+)일 때, 제일 큰 삼각형(외부 전압) 내부에 조금 작은 삼각형(다이오드의 전류)이 생기고, 전압이 음(-)일 때, 전류가 흐르지 않음을 알 수 있다.(V _{s}는 1kW 저항 양단의 전압이므로 mA로 표시한 회로의 전류와 같다. 즉, 1V로 측정되었을 때의 전류는 약 1mA이다.) 따라서, 다이오드에 전압이 양이면 전류가 흐르고 음이면 전류가 흐르지 않는다고 말할 수 있다.전류가 2mA 보다 커지는 대략적인 전압은 정류용 다이오드의 경우, 약 0.6V로 읽을 수 있다. 그리고 녹색 다이오드의 경우 약 1.9V로 읽을 수 있다. 이 전압이 의미하는 바를 생각해보면 전류가 2mA보다 커지는 시점이 전류가 흐르기 시작한 시점이라고 할 수 있다. 그리고 이때의 전압은 문턱전압이다. 문턱전압이라 함은 다이오드가 동작을 시작할 때의 전압이다. 이를 통해 위의 그래프에서 외부 전압이 나타내는 삼각형보다 다이오드의 전류가 나타내는 삼각형이 작음을 설명할 수 있다. 따라서 다이오드마다 가지고 있는 문턱 전압으로 인해 다이오드의 전류가 온전하게 외부 전압만으로 흐를 수 없었고, 삼각형도 외부 전압에 비해 조금 작게 그려졌다. 그리고 문턱전압은 다이오드마다 다르다고 말할 수 있다.질문 5. 실험 2의 스코프1의 그림으로부터V _{0}가4V까지 상승하고 있는데 다이오드의 전압V _{D} (V _{A} )이 약0.8V보다도 작은 값에 머물러 있는 이유를 설명하시오.A: 앞선 질문에 대한 답변을 통해 언급했듯이 다이오드는 순방향의 전압이 가해질 때, 전류는 급격하게 증가한다. 그리고 다이오드는 종류에 따라 순방향으로 흘러갈 수 있는 전류가 제한되어 있다. 따라서 다이오드에 큰 전압이 걸려있다 하더라도, 다이오드 각각이 흘려보낼 수 있는 전류만큼만 전류가 흐르게 되고 때문에, 직렬로 연결된 저항의 전압드에서 빛이 나오는 현상을 관측하였는가? 실험 3에서 저장한 스코프 화면으로부터 한 주기에 대한 빛이 나오는 시간의 비를 추정하고 발광하기 위한 조건(전압)에 대해 검토하시오.A: 위의 참조한 그래프 7, 8은 적색 발광 다이오드의 그래프이다. 그리고 실험 과정에서 적색 발광 다이오드에서 빛이 주기적으로 깜박거리는 현상을 관측할 수 있었다. 앞서 질문 4에 대한 답변 과정에 있어서 문턱전압을 언급하였는데, 실험 3에서 문턱전압은 '다이오드가 동작을 시작할 때의 전압'이다. 그리고 이번 실험에서 문턱전압은 2mA일 때의 전압으로 정의하였고, 따라서 적색 발광 다이오드의 문턱 전압은 약 1.9V이다. 번외로 질문 6에 대한 정확한 답변을 하기 위해 다이오드가 켜진다는 것을 전류가 2mA 초과했을 때, 즉, 다이오드의 전압이 2V를 초과했을 때로 정해보겠다. 그렇다면 실험 3의 적색 발광 다이오드의 그래프에서 2V를 초과하였을 때의 주기를 확인한 결과 0.010~0.015초동안 다이오드가 켜져 있고 0.07~0.08초 동안 꺼져있음을 확인하였다. 빛이 나오는 시간의 비를 추정하기 위해 다이오드가 켜져 있는 시간과 꺼져 있는 시간을 각각 평균 시간으로 나타내어 약 0.0125초, 다이오드가 꺼져 있는 시간을 0.075초라고 하면, 빛이 나오는 시간의 비는 16.67%임을 추정할 수 있다. 발광하기 위한 조건으로는 그래프 8을 확인해보면 기울기가 급격하게 변하는 부분이 발광하기 위한 전압임을 확인할 수 있는데, 처음으로 2mA가 흐르는 지점과 마지막으로 흐르는 지점을 찾으면 된다. 그리고 이 지점들은V _{B}가 2V인 지점과 같다.2. 실험과정 및 결과에 대한 검토이번 실험에서는 탄소저항을 회로에 연결하여 탄소저항이 옴의 법칙을 만족하는지 확인하였다. 그리고 비옴성 물질인 다이오드에 대하여 실험을 통해 옴의 법칙이 만족하지 않는 것을 확인하였다. 옴의 법칙이 적용되는 옴성 물질은 전압과 전류의 관계에서 R을 기울기로 가지는 V=R×I형태의 직선그래프가 나타나고 이는 .

자연과학| 2022.06.18| 8페이지| 1,500원| 조회(333)

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