1. 실험제목패러데이 법칙2. 실험목적영구자석 사이에서 코일을 회전시켜 그 코일에 유도되는 기전력을 측정함으로써 전자기 유도 현상을 확인하고, 패러데이의 법칙을 정량적으로 이해하고 증명한다.3. 실험이론1. 자기 선속코일에 유도되는 기전력을 이해하기 전 기전력을 유도하는 자기선속은(:자기장이 통과하는 면적,:그 면적의 방향,:영구 자석의 자기장,:자기장 방향,:와가 이루는 각)이렇게 정의할 수 있다.하지만 실험에서는 코일이 감긴 면을 회전시켜 각이 계속해서 변하므로 와가 이루는 각가 일정한 값을 갖지 않아서 라는 각속도를 이용해 표현하면(각속도)2. 유도 기전력이어서 패러데이 법칙 실험에서 유도되는 기전력은( : 호일을 감은 횟수 :단위시간)이고 이 실험에서는 호일을 감은 횟수나 면적은 실험에서 변하지 않고 각속도만을 변화 시켜 값 만을 변화 시키므로 기전력의 최댓값 는 가 최대(1)가 되는이며 실효값 는() 에서 (-)부호는 렌치의 법칙을 설명하고 있으며 렌치의 법칙은 회로와 전자기장의 상대적인 위치관계가 변화할 경우, 회로에 생기는 전류의 방향은 그 변화를 저지하려는 방향으로 흐른다는 것이다. (유도 기전력의 방향(부호)으로 나타난다.)4. 관찰 및 결과(코일의 감긴 수: 300회 / 면적: 65mm45mm / 영구자석의 세기: 3300G )횟수전동기에 가해준 전압(V)파형수()전압의 최대최소값 차이(V)주기()162100.500.6450.2527275.000.8637.5038257.501.0928.7549249.001.2824.50코일의 각속도 ()(rad/s)최대전압()(이론값)오차(%)(이론값)오차(%)125.040.320.3611.10.230.258.0167.550.430.4912.20.300.3514.3218.550.550.6312.70.390.4513.3256.460.640.7413.50.450.5213.5평균12.4평균12.35. 분석 및 결과이번 실험은 패러데이 법칙 실험장치와 SC-A system으로 간단한 실험을 통해 전자기 유도 현상을 패러데이 법칙을 통해 정량화 하고 증명하는 실험을 했다. 현대의 대다수의 발전기에 사용되는 전자기 유도현상에 대한 실험이라 큰 관심을 갖고 실험에 임했고 실제 패러데이 법칙을 증명할 수 있는 실험이었다. 에서 코일의 감긴 수 면적 영구자석의 자기장 등은 상수이고 변수는 각속도() 이므로 와 각속도() 는 비례 관계에 있는걸 그래프에서 확인할 수 있었다.하지만 아쉬운 점이 두 가지 있었는데 하나는 SC-A system의 사용법에 대해 잘 숙달하지 못하고 이 실험을 한 것이다. 이점은 크게 실험 결과와는 관계없었지만 먼저 숙달하고 했다면 실험 시간을 단축할 수 있어 효율적이었을 것이다.두 번째는 오차가 생각보다 크게 나왔다는 것이다. 실험 결과 오차들이 생각보다 크게 나와 교수님께 여쭤보고 싶지만 뭐가 잘못된 건지 몰라서 단위부터 차근차근 하나하나 다시 봤지만 이론적으로 잘못된 것은 없는 것 같아 실험할 때 나올 수 있는 오차원인에 집중해 봤다. 일단 코일에 유도되는 기전력을 측정하는데 코일에서 SC-A 전압 측정기까지의 도선 과 코일의 저항을 무시하고 실험하였고, SC-A system의 모니터에 나오는 전압 사인 커브 그래프가 고르지 못하고 삐죽삐죽 한데 주기와 진폭을 시각에 의존하여 어림잡아 정했다. 이점 또한 오차의 원인으로 볼 수 있다. 마지막으로 전동기의 마찰을 생각해봤는데 전동기에 가해준 전압은 상관 없으므로 전동기의 마찰력 또한 오차원인으로 볼 수 없다.이상으로 더 이상 오차원인은 없는 것 같아 분석 및 결과를 마무리 하겠습니다.6. 결론패러데이가 이식을 어떻게 실험을 해서 유도했을지 그때 한 실험이 궁금해서 찾아봤는데 외르스테드 라는 과학자가 먼저 이 현상을 나침반을 통해 발견했고 (풀 네임)마이클 패러데이가 실험을 본격적으로 시작했다. 그리고 맥스웰 이라는 천재 와 함께 식을 유도했다는 사실을 알 수 있었다. 사실 유도 과정은 너무 복잡하여 이해하기 힘들었지만 많은 사람들이 이 패러데이 가 현대를 전기세계로 바꿨다고 말한다는 사실을 알았다. 아마 현대 많은 발전기술에 들어가기 때문일 것 이다. 이 대단한 법칙을 간단한 실험을 통해 증명한 것 같아 공학도로서 좋은 경험이었고 이번 실험에서 있었던 아쉬운 점을 통해 다음 실험에서는 실험에 쓰이는 실험기구들을 한번 알아보고 예습해서 실험을 할 수 있도록 하고 실험 전 오차를 증가시킬 수 있는 요인들을 주의하여 실험해야겠다는 생각을 실험을 통해 얻을 수 있었다.7. 참고문헌일반물리학 및 실험 / 북스힐 / 김상현 황성태위키백과 - 패러데이 전자기 유도 법칙
1. 실험제목옴의 법칙 실험2. 실험목적저항이 직렬 및 병렬로 연결된 회로에서 전압과 전류를 측정하여 실험에서의 옴(Ohm)의 법칙을 확인하고 각 회로에서의 등가저항(직렬 및 병렬 합성저항)을 실험적으로 측정하여 이론적 결과와 비교한다.3. 실험이론1.옴의법칙실험옴의 법칙 의 실험은 옴의 법칙 이 실제로 옴의 법칙 실험용 회로상자에 전압계와 전류계, 직렬 병렬저항박스 등을 연결시켜 측정하는 실험을 통해 관계를 확인하는 실험이다2.저항의 직렬연결전류는 일정 도선에 흐르는 시간당 전하량의 변화 라고 볼 수 있다. 이때 R1, R2, 의 두 저항이 직렬 연결된 전류가 흐르는 도선이 있다고 가정하면 이 두 저항에 통과하는 전하량이 같으므로 저항을 통과하는 모든 전류는 같다. 그러므로 각각의 저항에 걸리는 전압이 전기저항에 비례한다. (각 저항의 합을 Req, 각 저항에 흐르는 전류를 I1, I2 라고 하고 각 저항 양극단에 걸리는 저항 V1, V2 라고할때)3.저항의 병렬 연결전류가 흐르는 도선에 병렬연결로 저항 R1, R2 가 연결돼있고 각 저항에 흐르는 전류를 I1, I2 , 각저항의 양극단에 걸리는 저항을 △V1, △V2 도선의 전지에 양극단에 걸리는 저항을 △V 라고 할때 저항들이 똑같이 전지의 양단에 연결되므로 저항의 양단의 전압은 같다. 그러므로 각각의 저항에 흐르는 전류가 전기저항에 반비례한다.4.전압 전류 저항 사이관계 그래프 표X축Y축기울기비례/반비례전류전압저항비례저항전압전류비례저항전류전압반비례5.비저항값어떤 물질이 갖고 있는 고유 저항값 이다.기호는 로 표현한다.비저항에대한 식에서 전하 밀도와 평균 자유시간이 온도에 의존한다. 그러므로 온도 변화가 일어나면 저항또한 달라진다.그러므로 온도에 따른 저항변화는4. 관찰 및 결과엑셀화일….저항기 1개 실험저항 이론값: 1kΩ전압(V)전류(mA)저항 실험값(kΩ)상대오차(%)10.981.0202.00021.951.0262.60032.921.0272.70043.901.0262.60054.881.0252.500추세선에서 구한 저항값 : (기울기) 1.025x축(전류)y축(전압)0.9811.9522.9233.944.885직렬 연결 저항 실험전압: 3V저항기 단자 연결전류(mA)저항 실험값(kΩ)저항 이론값(kΩ)상대오차(%)1개2.921.02712.7002개1.492.01320.6503개0.9753.07732.6004개0.744.05441.3505개0.5965.03450.680x축(1/전류)y축(저항)0.3421.0270.6712.0131.0263.0771.3514.0541.6785.034병렬 연결 저항 실험전압: 3V저항기 단자 연결전류(mA)저항 실험값(kΩ)저항 이론값(kΩ)상대오차(%)1개2.841.0561.0005.6002개5.470.5480.5009.6003개8.310.3610.3338.4004개10.00.3000.25020.0005개13.00.2310.20015.500x축(1/전류)y축(저항)0.3521.0560.1830.5480.1200.3610.1000.3000.0770.231요번실험 결과는 강의 영상으로 실험을 하다 보니 편집되었는지 모르겠지만 오차는 거의 크지 않았다고 생각 들었으며 추세선을 엑셀파일로 처음 만들어보았는데 생각보다 편리하게 만들고 결과가 그래프로 보기 좋게 만들어져서 결과를 더 쉽게 정리할수있었다. 결과가 좋게 나와서 실제 대면 수업을 통해 실험을 할때에는 실험에 더 열심히 참가하여 정확한 값을 찾을 수 있어야겠다 는 생각도할수있었다.5. 분석 및 결과1) Ohm의 법칙이 성립하지 않는 저항체의 경우에 V=IR 의 관계식을 어떻게 해석하여야 하나?옴의 법칙 V=IR 에서는 R(저항)이 일정할때 V(전압) 와 I(전류) 가 비례한다는 식 입니다. 즉 옴의 법칙이 성립하지 않는 저항체를 생각했을때 저항이 어떠한 이유에 변하는 저항체를 생각할수있었는데 실험전 이론시간에 도선의 재질 불순물 온도에 따라 비저항값이 달라지고 비저항값이 달라지면 저항값이 바뀐다. 이에따라 도선의 온도에따라 저항이 바뀌므로 위 관계식이 성립하지 않는다 볼수있다.또한 비선형소자나 반도체 등의 경우에는 Ohm의 법칙이 성립하지 않는 저항체라고 한다. 따라서 이 때는, 입력전압이 바뀔때마다 출력전류가 변해서 일정한 값을 갖게되지 않기 때문에 관계식이 성립하지 않는다.2)미시적인 Ohm의 법칙은 전기장 E와 전류밀도 사이에 의 관계가 있다. 이 관계로 부터 길이가 이고, 단면적이 A인 도선에서 저항 R과 p의 관계를 구하여라.전위차는 의 공식을 따르고 길이가 이라고 했으므로 이다. 그리고 전류밀도의 정의를 생각해보면 임을 알 수 있다.여기서 위의 문제에서 가 성립됐다고 했으므로 를 대입하고 를 대입한다.6. 결론이번실험은 옴의 법칙을 알아보기 위한 실험이었다. 옴의 법칙은 도선내에 흐르는 전류의 세기는 전압에 비례하고, 도선의 전기저항에 반비례한다는 내용이었다. 이 법칙을 확인하기 위해 첫번째로 전압과저항을 일정하게 연결하고 전류를 확인해보는 실험도하고 두번째, 세번째로 전류와 전압의 세기가 일정한 상태에서 직렬, 병렬로 여러 저항을 가진 저항기를 사용하여 실험을 하였다. 직렬 연결과 병렬 연결시 저항의 합을 구할수 있는지 또한 실험을 통해 확인할 수 있었다. 직렬연결시 저항기의 각 저항들의 수를 더한것이 전체 저항의 값과 같았고, 병렬연결을 할 때는 각 저항의 역수를 더한 값의 역수의 값이 전체저항의 값이었다. 이렇게 이론으로 알고 있던걸 다시 실험으로 확인할 수 있어 좋았고 또한 추세선의 x, y축과 기울기의 값으로 전류, 전압, 저항 사이의 관계를 직접 본 실험을 통해 다시 알수있었다. 아쉬운 점은 실험 결과 오차가 가장 큰게 상대오차 20% 까지 나왔는데 생각 보다 큰 것 같지는 않았다. 그래도 마지막 병렬 연결 실험에서 저항단자가 많아 질수록 오차가 커진 것으로 나왔다 이를 봤을때 시험 이론중 비저항에 관한것이 떠올랐다. 회로 또한 고유 저항을 갖고 있고 온도에 차이가 비저항에대한 식에서 전하 밀도와 평균 자유시간이 온도에 의존하고 그에따라 온도 변화가 일어나면 저항 또한 달라진다. 라는 생각을하며 도선에 저항을 주는 실험을 계속 하다보니 온도의 변화로 이론적 값들에서 조금 더 멀어져 오차가 생기지 않았을까 라는 생각을 해볼수있었다.7. 참고문헌일반물리학 및 실험 / 북스힐 / 김상현 황성태
소속학번이름실험조실험날짜제출날짜담당교수담당조교1. 실험제목빛의 회절과 간섭2. 실험목적단일 및 이중 슬릿을 통과한 레이저 광원에 의한 Fraunhofer회절 무늬로부터 빛의 성질인 간섭과 회절을 이해하고 슬릿의 폭과 슬릿끼리의 간격을 측정해 본다.3. 실험이론1. 빛의 회절-단일 슬릿광원에서 빛이 나와 단일 슬릿을 만나면 Huygens의 원리에 의해 회절 하여 빛이 진행한다. 이때 빛의 파동 성질로 보면 파동이 골과 골, 마루와 마루 또는 골과 마루가 만나 서로 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는데 스크린에 닿았을 때 보강 또는 상쇄 간섭에 따라 회절무늬가 나오게 된다.[슬릿의 폭: ,빛의 파장: λ , 슬릿과 스크린 사이의 거리: D , 회절 무늬의 차례: m (m=1,2,3), 슬릿 중앙에서 간섭무늬 중앙과 m=1사이의 각도: , 스크린에서 간섭무늬 중앙과 m=1사이 길이:]일 때 슬릿에서 (간섭무늬 중앙)과 (m=1) 에 직각삼각형을 만들면 다음과 같은 수식이 성립하는데 [ 보강간섭: ] [ 상쇄간섭: ] 이다. 이를 통해 파장의 정수배에서 ]의 값이 정해질 수 있고, 실험에서 구하려는 값은 에 대한 값을 구하기 위해 와 가 충분히 작을 때 값과 값이 서로 수렴함을 이용하면이렇게 슬릿의 폭 를 구할 수 있다. (정확히는 슬릿에 들어오는 빛을 하나하나 점광원으로 생각하여 적분해야 더 정확함.)2. 빛의 간섭-이중 슬릿이번에는 이중슬릿을 만나면 각각의 슬릿에서 점 광원처럼 빛이 나오고 빛의 파동이 골과 골, 마루와 마루 또는 골과 마루가 만나 서로 보강 또는 상쇄 간섭이 일어나는데 스크린에 닿았을 때 보강 또는 상쇄 간섭에 따라 간섭무늬가 나오게 된다.그림과 같이 이중슬릿 에서 스크린에 나오는 간섭에 따른 무늬를 보고 수식을 얻을 수 있는데(빛의 파장: λ)보강간섭에서는 (m=1,2,3)상쇄간섭에서는실험에서 간격 를 구하기 위해 단일슬릿에서 와 같이() 와 ( 가 충분히 작을 때 값과 값이 서로 수렴함)을 이용하면이렇게 슬릿의 간격 를 구할 수 있다.4. 관찰 및 결과실험1)단일 슬릿 실험[레이저 파장 () : 슬릿과 스크린 사이 거리() : ]슬릿거리 ()측정된 슬릿의 폭 ()첫 번째 어두운 무늬(m=1)210.039두 번째 어두운 무늬(m=2)390.042평균()0.041알려진 슬릿의 폭 =0.04() 일때상대오차 (%)2.50슬릿거리 ()측정된 슬릿의 폭 ()첫 번째 어두운 무늬(m=1)110.075두 번째 어두운 무늬(m=2)210.078평균()0.077알려진 슬릿의 폭 =0.08() 일때상대오차 (%)3.75슬릿거리 ()측정된 슬릿의 폭 ()첫 번째 어두운 무늬(m=1)40.206두 번째 어두운 무늬(m=2)80.206평균()0.206알려진 슬릿의 폭 =0.16() 일때상대오차 (%)28.75실험2)이중 슬릿 실험[레이저 파장 () : 슬릿과 스크린 사이 거리() : ]슬릿거리 ()측정된 슬릿의 간격()첫 번째 밝은 무늬(m=1)70.121두 번째 밝은 무늬(m=2)130.130평균()0.126알려진 슬릿의 폭 =0.04()알려진 슬릿의 간격 =0.125() 일때상대오차 (%)0.80슬릿거리 ()측정된 슬릿의 간격()첫 번째 밝은 무늬(m=1)30.282두 번째 밝은 무늬(m=2)80.211평균()0.247알려진 슬릿의 폭 =0.04()알려진 슬릿의 간격 =0.250() 일때상대오차 (%)1.20슬릿거리 ()측정된 슬릿의 간격()첫 번째 밝은 무늬(m=1)30.282두 번째 밝은 무늬(m=2)60.282평균()0.282알려진 슬릿의 폭 =0.08()알려진 슬릿의 간격 =0.250() 일때상대오차 (%)12.805. 분석 및 결과실험1- 빛의 회절, 실험2- 빛의 간섭 둘은 다른 슬릿으로 실험했지만 모두 비슷한 공식을 증명했다.단일 슬릿에서는 슬릿을 확대하여 빛이 Huygens의 원리에 의해 회절 할 때 파동의 시작점들 하나하나를 점 광원으로 보고 이중 슬릿에서는 슬릿에서 나오는 빛을 하나의 점 광원으로 보면 두 실험 다 빛의 파동성질 중 상쇄 및 보강간섭 성질이 일어남을 알 수 있고, 이를 통해 스크린에 비친 실험 결과물과 여러 길이 등을 조합해 증명했기 때문이다. 이 외의 분석한 것 들은 보고서 결론 밑 부분의 문제들이 이미 물어보고 있어 생략한다.오차의 경우는 빛의 파장 성질의 관한 실험이다 보니 파장이 매질의 밀도에 따라 파장이 다르다는 생각이 가장 먼저 들었다. 즉 공기의 밀도에 따라 오차가 생길 수 있다.두 번째는 실험 결과인 스크린에 나오는 실험값을 눈과 손으로 표시했으니 오차가 생길 것 이다.세 번째는 두번째와 비슷한데 좀더 정확한 측정을 위한 단위의 필요성 이다. 실험1과 실험2에서 도출한 공식 , 에서 이유를 찾을 수 있는데, 이미 문제3,4번 에서 도출한 것 과 같이 실험 1에서는 슬릿의 폭이 커지면, 그리고 실험 2에서는 슬릿의 간격이 넓어지면 무늬의 간격이 좁아진다. 즉 좁아진 무늬는 눈과 손으로는 측정하기 더 힘들어 지며 단위는 더 정밀한 단위를 쓰는 것 이 정확한 측정에 유리하다. 이를 증명이라도 하듯 실험1,2의 오차는 슬릿의 폭과 간격이 증가할수록 같이 증가했고 실험1에서의 오차는 슬릿의 폭이 가장 클 때 즉 무늬가 가장 촘촘할 때 이상할 만큼 높아졌다.실험2의 경우에는 슬릿의 간격도 간격이지만 폭이 가장 클 때 높았다. 간격은 상관이 없는데도 오차가 더 높아졌다. 아마도 회절 되어 스크린에 빛이 퍼져 관측이 더 힘들었을 것 이다.6. 결론앞선 2개의 실험과 달리 이번 실험은 코로나로 인해 비대면 실험으로 진행되었다.스크린에 표시하는 장면이 명확히 보이지 않아 아쉬움도 있었지만 교수님께서 실험하셔서 그런지 실험값들이 깔끔하게 나와서 좋은 것 같다. 일단 이번 실험에서는 단일 슬릿과 이중 슬릿을 통해 스크린에 나온 회절이나 간섭 줄무늬를 보고 분석을 통해 빛의 파장성질 중 보강 및 상쇄성질을 실제 확인해 볼 수 있는 실험이었다. 공학도로써 정말 좋은 기회였다고 생각한다. 이론영상에서 슬릿에 들어오는 빛을 하나하나 점 광원으로 생각하여 적분하면 더 정확한 값을 얻을 수 있다는데 나중에 수학부분 공부를 더하여 실험도 해보고 싶다는 생각이 들었다. 오차에 대한 점은 직접 실험을 한 게 아니라 예측 해봤으며 아쉬운 점이 있다면 실제로 아래 문제들을 실험기구로 움직이면서 결과를 볼 수 있었으면 하는 아쉬움이 남았다. 그래도 교수님께서 내주신 아래 문제들을 제대로 이해하고 풀 수 있는 것 같아 이번 실험목적은 충분히 달성했다 생각한다. 마지막으로 이번 실험의 가장 큰 성과는 단위의 중요함 을 알았다는 것이다. 저번 패러데이 실험에서 단위 때문에 조금 어려움을 경험했고 조원들도 그렇고 질문 시간에도 단채톡방에 관련 질문이 많이 올라 왔었다. 또한 이번 실험에서도 좀더 정확한 실험값을 얻기 위해서 좀더 정밀한 단위를 써야 한다는 지식을 분석 및 결과를 통해 얻을 수 있었다. 이는 공학도에게 중요한 경험이라 생각된다.문제1. 스크린을 슬릿으로부터 더 멀리 이동시키면 회절이나 간섭 줄무늬는 어떻게 되는가단일슬릿의 폭과 이중슬릿의 간격 을 구하는 식 모두 스크린과 슬릿의 거리 () 와 회절이나 간섭 줄무늬의 중앙으로부터 상쇄 또는 보강 간섭과의 거리 () 는 비례관계이다. 그러므로 다른 값들은 모두 일정하고 슬릿으로부터 스크린을 더 멀리 이동하면 ()값이 증가하게 되고 그에 따라 비례관계인 () 또한 증가한다. 즉 회절이나 간섭 줄무늬의 간격은 늘어난다.2. 빨간색 빛보다 파장이 더 짧은 초록색 빛을 사용한다면 회절이나 간섭 줄무늬는 어떻게 되는가?단일 슬릿의 폭과 이중슬릿의 간격을 구하는 식 모두 빛의 파장() 과 회절이나 간섭 줄무늬의 중앙으로부터 상쇄 또는 보강간섭과의 거리() 는 비례관계이다. 그러므로 다른 값들은 모두 일정하고 빛의 파장()이 더 짧은 초록빛을 사용하면 () 값이 감소하여 ()값 또한 감소한다. 즉 회절이나 간섭 줄무늬의 간격은 줄어든다.3. 실험 1에서 슬릿의 폭이 커지면 가장 어두운 곳들 사이의 간격도 늘어나는가?다음은 실험1의 슬릿의 폭() 에 관한 식이다. 이를 통해 가장 어두운 곳들 중앙으로부터 가장 어두운 곳 사이의 간격 () 가 슬릿의 폭() 와 반비례관계 이다. 그러므로 다른 값들이 일정할 때 슬릿의 폭()이 커지면 가장 어두운 곳들 사이의 간격과 관계 있는 ()값은 감소한다.즉 가장 어두운 곳들 사이의 간격은 줄어든다.4. 실험 2에서 슬릿 사이의 간격이 커지면 가장 밝은 곳들 사이의 거리도 늘어나는가?다음은 실험2의 슬릿의 간격()에 관한 식이다. 이를 통해 가장 밝은 곳들의 중앙으로부터 가장 밝은 곳 사이의 거리 ()가 슬릿의 간격()와 반비례관계 이다. 그러므로 다른 값들이 일정할 때 슬릿의 간격()이 커지면 가장 밝은 곳들과 관계 있는 () 값이 줄어든다.즉 가장 밝은 곳들 사이의 간격은 줄어든다.5. 실험 2에서 슬릿의 폭은 가장 밝은 곳들 사이의 거리에 영향을 주는가?다음은 실험2의 슬릿의 간격()에 관한 식이다. 이걸 가장 밝은 곳들의 중앙으로부터 가장 밝은 곳 사이의 거리 ()에 관한 식으로 쓰면 이다. 이 식을 통해 가장 밝은 곳들의 중앙으로부터 가장 밝은 곳 사이의 거리 () 는 슬릿의 폭과는 관련이 없다.7. 참고문헌일반물리학 및 실험 / 북스힐 / 김상현 황성태한국교통대 이캠퍼스 - 일반물리 실험 [14주 1회차] - 14주 1회차 빛의회절과 간섭실험 (강의영상)
1. 실험제목빛의 반사와 굴절2. 실험목적광학적 특징이 다른 두 물질의 경계면에서의 빛의 반사와 굴절각을 구하고 두 매질의 굴절률을 구해본다. 밀한매질에서 소한매질로 빛의 입사에서 임계각을 구한다.3. 실험이론1.소한매질에서 밀한매질로의 빛 입사밀도가 낮은 소한매질에서 밀도가 비교적 높은 밀한매질로 빛을 입사시키면 입사 빛이 반사와 굴절로 나눠서 나타난다. 이때 법선 기준 입사각과 반사각은 같고 굴절각은 입사각보다 작았다. 이렇게 입사각과 반사각 굴절각을 구한후 두물질중 굴절률 하나를 알면 굴절률 공식으로 나머지 한 물질의 굴절률을 구할 수 있었다.2.밀한매질에서 소한매질로의 빛 입사밀도가 높은 밀한매질에서 밀도가 비교적 낮은 소한매질로 빛을 입사시키면 입사 빛이 반사와 굴절로 나눠서 나타난다. 이때 법선 기준 입사각과 반사각은 같고 굴절각은 입사각보다 크다. 굴절각이 입사각 보다 클때 입사각을 계속해서 늘려주고 입사각보다 큰 굴절각이 가 넘는순간 밀한매질과 소한매질 경계면에 사라진다. 이때부터는 입사각을 더 늘려도 입사 빛과 반사 빛만 보인다(전반사). 이 굴절 빛이 사라질 때의 입사각을 임계각 이라고 한다.4. 관찰 및 결과1. 공기에서 아크릴로 빛 입사 (아크릴 굴절률 이론값:1.49, 공기의 굴절률 이론값:1)횟수입사각반사각굴절각상대오차(%)1202012.51.586.0423030191.543.3634040251.522.0145050301.532.6856060351.511.3467070391.490평균1.532.572. 아크릴에서 공기로 빛 입사 (임계각 이론치 : )횟수임계각()상대 오차(%)1444.392432.023432.02평균43.332.805. 분석 및 결과이번 실험 에서는 광원에서 빛이 슬릿을 통과해서 아크릴 반원 물체와 돌아가는 각도기 판을 이용해서 공기에서 아크릴으로 아크릴에서 공기로 빛을 통과시켜 입사각 반사각 굴절각 임계각을 구하는 실험을 했다. 이 실험을 통해서 입사각과 반사각이 항상 같은걸 확인하고 소한매질에서 밀한매질로 빛이 통과하면 입사각이 굴절각 보다 큰 것을, 밀한매질에서 소한매질로 빛이 통과하면 굴절각이 입사각보다 큰 것을 확인 할 수 있었다. 그리고 임계각 측정 때에는 굴절각이 입사각보다 커서 입사각을 증가시고 굴절각이 커지면서 입사각이 임계각에 가까워지고 또 임계각을 넘어가면서 빛의 굴절이 사라지고 전반사로 바뀌는 이 과정들을 직접 각도 판을 돌리면서 볼 수 있어서 좋은 실험이었다.아쉬운 점은 굴절률이나 임계각 등 실험값들의 상대오차가 대체적으로 일정한 것 같아 실험을 일정하게 한 것 같으나 반대로 이 실험 중 오차원인을 발견하지 못하고 이어서 실험을 진행한 것 같아 아쉬웠다.대체적으로 오차는 각 실험마다 첫 번째 횟수 실험을 제외하고는 크지 않고 거의 일정하다. 이 결과로 유추해 봤을 때 첫 번째 시도에서 실험방법 미숙으로 오차가 조금 커진 것 같다. 또한 공기 의 굴절률 이론값은 1에 가까울 뿐 정확하게는 진공의 굴절률이 1이고 아크릴의 이론 굴절률 또한 20 에서 1.49란 값이 나오고 온도에 따라 굴절률이 바뀔 수 있으므로 오차가 생길 수 있다.6. 결론가장 인상 깊었던 실험이 밀한매질에서 소한매질로 빛이 통과할 때 각도기 판을 직접 돌리면서 굴절빛이 사라지고 전반사로 바뀌는 과정을 보고 임계각을 구하는 실험이었는데 이론으로는 알고 있었지만 새로운 경험이 되었고 이해하는데 정말 쉬울 것 같다는 생각을 했다. 앞으로 이해가 잘 안 되는 물리현상에 있어서 실험을 하거나 유튜브 등 관련 실험을 한번 찾아보는 것도 이해에 도움 될 수 있다는 경험을 얻을 수 있어 좋은 기회였고,오차에 대해서도 그 오차가 내가 실수해서만 나오는 것이 아니라 실온에서 실험하여 온도에 따른 굴절률 변화처럼 자연적인 오차원인도 생길 수 있다는 걸 경험할 수 있었다. 또한 그 오차에 대한 자료를 찾아보면서 온도에 따른 굴절률(물질의 온도가 높아지면 부피가 팽창하고 그에따라 밀도는 낮아진다. 그리고 낮아지면 그 반대이다.)이란 지식도 알 수 있어서 좋은 실험이 된 것 같다.7. 참고문헌일반물리학 및 실험 / 북스힐 / 김상현 황성태아크릴의 굴절률 https://www.artryx.com/shop/main/acrylic.php
1. 실험제목RC 회로2. 실험목적축전기(C)와 전기저항(R)을 직렬로 연결한 회로(RC회로)의 충전 및 방전 특성을 실험을 통해서 이해한다.3. 실험이론1.기본정의전류():단위 시간당 흐르는 전하의 비율 옴의 법칙:전압과 전류의 비를 저항으로 정의축전기 전기용량(C) (:자유공간에서의 유전율, : 축전기판의 넓이, :축전기판 사이의 거리)2.RC회로 충전과 방전시 시간에 따른 축전기 양단에 걸리는 전위차(충전 스위치회로에 키르히호프의 고리법칙을 적용하면이고, 위 식을 얻을 수 있고, 여기서 전류()를 단위 시간당 흐르는 전하의 비율로 치환하면이렇게 정리 할 수 있고, 양변을 적분하면다음과 같이 정리 할 수 있고 이므로방전 스위치회로에 키르히호프의 고리법칙을 적용하면이고 축전기가 소모되므로 (-)부호를 붙여 전류()를 단위 시간당 흐르는 전하의 비율로 치환하고 정리하면이렇게 정리 할 수 있고, 양변을 적분하여 정리하면3. 그래프를 통해 알 수 있는 시간상수(위 식에서 저항과 축전기의 용량의 곱을 시간상수()로 나타내었는데 시간상수를 구하는 방법은 앞에서 저항과 축전기의 용량을 곱한 값이기도 하지만 충전 또는 방전 시의 그래프에서도 시간상수 값을 얻을 수 있다.충전 시방전 시R,C값을 몰라도 값과 그래프 정보들을 알고 있으면 유도한 식을 통해 충전에서는를 통해 값을 구하여 그래프의 시간 축에 와 대응하는 시간인 시간상수()를 구하고, 방전에서도 똑같이 방전에서의 그래프에서 방전에서의를 구하여 시간 축에 와 대응하는 시간인 시간상수()를 찾을 수 있다.4. 관찰 및 결과실험1) / 주황선-충전 , 파란선-방전충전 그래프를 통한(엑셀)(충전 시작 시간43.1(s))방전 그래프를 통한(엑셀)(방전 시작 시간95.1(s))평균 : 4.8 (s)실험2) / 주황선-충전 , 파란선-방전충전 그래프를 통한(엑셀)(충전 시작 시간 9.7(s))방전 그래프를 통한(엑셀)(방전 시작 시간 45.1(s))평균 : 4.05 (s)실험3) / 주황선-충전 , 파란선-방전충전 그래프를 통한(엑셀)(충전 시작 시간 21.5(s))방전 그래프를 통한(엑셀)(방전 시작 시간 84.2(s))평균 : 8.8 (s)실험RC시간상수 이론값(s)충전 시간상수 실험값(s)오차(%)15010055.12.02100474.74.54.331001001010.00.0실험시간상수 이론값(s)방전 시간상수 실험값(s)오차(%)154.510.024.73.623.43107.624.05. 분석 및 결과이번 RC회로 실험에서도 비대면 실험으로 진행되었고 이론 또한 저번8주차 이론영상과 이번 5주차 이론영상으로 대체되었다. 이론에서는 시간에 따라 축전기에 쌓이는 를 유도해 주셨는데 실제로 실험에 쓰이는 공식은 여서 직접 유도하였다. 어려운 것은 아니지만 이론 때 배운 것만 그대로 썼다면 실험값을 구하기 어려웠을 것 같다. 이를 통해 생각할 수 있는 것은 다른 실험값(전류,저항,전하)들 을 구할 수 있는 실험을 한다면 시간 상수를 구할 수 있는 방법 또한 많을 것 이라는 생각이 들었다.처음 실험1,2,3에서 나는 한 개의 실험에서 시간상수를 구할 때 충전과 방전 그래프 에서 실험값들을 하나씩 도출해서 평균을 내서 실험1,2,3, 각각 하나의 실험값들로 표에 기입하여 오차를 구하려고 했다. 하지만 실험값들이 충전할 때의 실험값들과 방전할 때의 실험값들의 오차가 계산을 해보지 않아도 크게 차이가 나서 따로 표로 정리해봤다. 그 결과 방전할 때 구한 시간상수 실험값들이 확실히 오차가 컸다. 이를 통해 생각해볼 수 있는 것이 있었다. 실험에서 충전할 때는 거의 완전 방전 상태에서 시작하는데 방전할 때는 완전한 충전이라고 보기 어렵기 때문이다. 이를 통해 방전할 때 시간이 더 짧게 걸려 오차가 커진 것으로 보인다. 실험값들에서도 그렇게 나타난다.아쉬운 점은 이론에서도 충전할 때 완충상태에 수렴한다는 것은 알고 있었고 실험에서도 생각보다 수렴이 잘 안된 것도 엑셀에 값들을 보고 알았는데, 오차에 큰 원인이 될 것이라고 생각을 못했다. 하지만 오차를 보고 추론하여 찾을 수 있어서 다행이었다. 지금까지의 실험들을 통한 경험에서 나온 실력이라고 생각한다.6. 결론고등학교시절 RC회로 내용이 나왔던 기억이 있다. 그때는 어떤 교류가 흐르냐에 따른 축전기의 저항을 구하는 내용이었던 기억이 난다. 그 원리가 시작되는 실험이라고 생각하고 열심히 이론을 듣고 실험 결과도 잘 분석하고 이 회로에 어떤 교류가 흐르는지에 따른 변화도 생각해볼 수 있는 실험이었다. 뭔가 본격적으로 분석을 하기 시작한 것 같다.이번 학기 마지막 실험이다. 지금까지의 실험 보고서들을 보면서 드는 생각이 있다. 분석하는 능력이 많이 좋아진 것 같다. 저번 빛의 회절과 간섭부터 느낀 것 같다. 이번 학기는 끝났고. 더 이런 실험들을 할 기회가 있을지 모르겠지만, 이렇게 어떤 현상에 대해 분석하는 능력을 기를 수 있어서 공학도로서 좋은 경험이었다고 생각한다.7. 참고문헌일반물리학 및 실험 / 북스힐 / 김상현 황성태한국교통대 이캠퍼스 - 일반물리 실험 [8주차],[5주차(보강)] - RC회로 (강의영상)
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