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물리실험2 기하 광학 예비레포트

예비레포트실험 9. 기하 광학1. 실험 제목☞ 기하 광학2. 실험 목적☞ 빛의 굴절과 반사를 이해하고 렌즈를 응용할 수 있다. 실험을 마치고 나면 조교가 내는 문제를 풀어 합격 판정을 받아야 한다.3. 실험 준비물☞ 기하광학실험 set(레이저 광선 상자, 다양한 렌즈들), 레이저 포인터 3개, 분무기, 일반 렌즈 1개4. 예비 보고서다음의 개념에 대해 이해하고 정리해온다.굴절 법칙(스넬의 법칙), 전반사, 렌즈 공식①굴절의 법칙(스넬의 법칙)굴절률이 n1과 n2인 서로 다른 두 매질이 맞닿아 있을 때 매질을 통과하는 빛의 결로는 매질마다 광속이 다르기 때문에 휘게 된다. 그 휜 전도를 빛의 입사 평면상에서 각도로 표시하면 θ1과 θ2이다. 이때 스넬의 법칙은 다음과 같다.,② 전반사빛이 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행할 때 입사각이 임계각보다 클 경우 경계면에서 전부 반사되는 현상이다. 일반적으로 굴절률이 큰 매질에서 굴절률이 작은 매질로 진행하면 경계면에서 일부는 투과하고 일부는 반사된다. 그러나 입사각을 점점 증가시키면 특정한 각 이상이 되었을 때 투과하는 빛은 전혀 없고 전부 경계면에서 반사한다. 이를 전반사라고 한다. (이때의 입사각을 임계각이라고 한다.) 위의 그림에서는 D의 경우가 전반사이다.= → =③ 렌즈 공식(물체거리의 역수의 합)5. 실험과정1. 실험 장치의 이해이 실험 장치는 독특한 렌즈와 광원을 사용하여, 광선이 지나가는 길을 직접 눈으로 확인하도록 제작되었다. 실험을 수행하기에 앞서 실험 장치에 어떤 아이디어가 사용되었는지 이해할 필요가 있다.(1) 렌즈가 빛을 모으는 현상을 흔히 아래와 같은 그림으로 나타내곤 한다. 레이저 포인터 3개와 일반 렌즈를 사용해서 이 그림과 유사하게 만들어 보라. 이런 그림을 얻기 어려운 이유는 무엇인가?(2) 레이저가 지나가는 길을 눈으로 보기 위해 분무기로 물을 뿌려보라. (실험 기구나 전자 기기에 물이 가지 않도록 조심해야 한다.) 위의 그림을 실제 실험으로 구현하기가 쉽지 않다는 것을 알게 되었을 것이다.(3) 실험 set에 포함된 원통형 렌즈 하나와 일반 렌즈를 비교해보라. 스마트 폰의 플래쉬(손전등)를 사용해서 두 렌즈의 차이점이 무엇인지 설명해보라. (set에 포함된 렌즈 가운데서 비교적 초점 거리가 짧은 2번 렌즈를 쓰는 것이 좋다.)(4) 레이저 광선 상자에 전원을 연결하라. 이 광원은 일반 레이저 포인터와 어떤 점이 다른가? 광선 상자와 원통형 렌즈를 이용해서 다시 위와 같은 그림을 만들어보라.(5) 일반 레이저와 달리 빛이 지나가는 길이 확연하게 보이는 이유는 무엇인가?* 이 실험장치의 특징을 이해했다면, 가늘고 비스듬하게 나아가는 광선 상자와 원통형 렌즈의 조합을 생각해 낸 이 아이디어에 감탄하지 않을 수 없을 것이다.2. 스넬의 법칙과 전반사(1) 아래 그림이 그려져 있는 Sheet와 적당한 물체를 사용해서 스넬의 법칙이 맞는지 확인하라.(2) 물체의 표면에서 빛이 반사하는 현상을 관찰하라. 각도에 따라 빛의 반사량은 어떻게 바뀌는가?(3) 전반사 현상을 직접 확인할 수 있도록 물체와 광원을 배치해보라.3. 렌즈의 기본 기능(1) set 안에 포함된 1~5의 볼록 렌즈와 오목 렌즈에 대해 각 렌즈의 초점거리를 구하라.(초점거리(f): 평행광이 들어왔을 때, 렌즈와 초점까지의 거리. 오목렌즈처럼 초점이 렌즈 뒤에 있는 경우에는 –값으로 표시한다.)(2) 선택문제: 렌즈를 통과한 5개의 광선이 항상 같은 점에 모이는가? 그렇지 않은 경우, “렌즈의 수차” 때문이라고 말한다. 렌즈의 수차를 줄이는 가장 쉬운 방법은 렌즈의 가장 자리를 통과하는 광선은 차단하고 중앙 부분만 사용하는 것이다. 또 다른 방법은 두 개 이상의 렌즈를 조합하는 것이다. 시험 삼아, 작은 반원 렌즈를 하나 놓고 또 다른 렌즈 하나를 놓아 수차가 줄어들도록 만들어보라. (고급 카메라일수록 수차를 줄이기 위해 여러 장의 렌즈를 사용한다.)4. 렌즈 조합(1) 첫 번째 렌즈를 사용하여 초점을 만든 후, 두 번째 렌즈를 통해서 다시 초점을 만들어보라. 렌즈 공식을 써서 두 번째 초점의 위치를 예측하고, 실험결과와 맞는지 확인하라.(2) 렌즈 조합 Quiz실험이 마무리 된 조는 광선 상자와 레이저 포인터를 실험 기구 보관상자 안에 넣고 조교에게 알린다.조교는 광선 상자와 렌즈 1개(이 렌즈의 초점거리는 공개되어야 한다)로 이루어진 실험 set을 해당 조에 보여주고(광선 상자는 꺼져있는 채로), 초점이 맺혀야 할 특정 위치를 표시한다. 해당 조는 빨간 점의 위치를 자로 측정한 후, 어떤 렌즈를 어디에 배치하면 지정된 위치에 초점이 맺힐지 계산을 한 후, 직접 렌즈를 배치한다. 조교는 광선 상자를 켜서 결과를 확인한다.조교가 합격 판단을 내리면 실험을 마치고, 불합격 판단을 받는다면 조교가 내는 새로운 Quiz에 대해 다시 도전을 해야 한다.

공학/기술| 2023.03.25| 7페이지| 1,000원| 조회(155)

물리, 광학, 예비레포트, 기하, 물리실험2

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물리실험2 회절과 간섭 예비레포트

예비레포트실험 8. 회절과 간섭1. 실험 제목☞ 회절과 간섭2. 실험 목적☞ 좁은 틈을 지나는 빛의 회절과 간섭 현상을 이해한다.3. 실험 준비물☞ 회절 및 간섭 실험 set(레일, 레이저, 회전 슬릿 판), 스크린(흰종이로 대체 가능), 버니어 캘리퍼스 또는 줄자4. 예비 보고서- 빛이 머리카락보다 가느다란 틈을 통과할 때 어떤 일이 일어나는가? (책에 있는 말을 그대로 옮겨쓰지 말고, 초등학생에게 설명하듯 말해보라.)☞ 빛은 전자기파이다. 즉 따라서 파동의 성질을 가지고 있다는 것이다. 빛이 진행하는 과정에서 가느다란 틈 혹은 장애물을 만나면 빛의 일부분은 다시 튕겨서 돌아온다. 하지만 가느다란 틈 즉 슬릿 부분에서는 빛은 통과할 것이다. (통과하는 빛의 양은 매우 작을 것이다.)또한 다음과 같은 회절무늬가 나타날 것이다.- 가까이 붙어 있는 두 개의 가느다란 틈을 통과할 때는 어떤 일이 일어나는가?☞ 빛, 즉 파동은 회절과 간섭의 성질을 가지고 있기 때문에 파동이 b, c 슬릿을 빠져나오면 회절과 간섭이 작용한다. 이때 빛이 입자라면 일정한 무늬가 나타나야 한다. (간섭무늬가 나타나지 않는다.) 하지만 스크린F에는 간섭무늬가 나타난다. 따라서 이 것은 빛의 파동성을 입증해준다.- 상식적으로, 종이에 별 모양 구멍을 뚫고 빛을 비추면 벽에 별 모양이 그대로 나타난다. 그러나 회절현상은 구멍의 모양과 벽에 나타나는 빛의 형태가 서로 다를 수 있다고 말한다. 우리의 상식적인 경험과 회절 현상의 차이를 어떻게 이해해야 하는가?☞ 통과하는 구멍의 크기가 크면 회절에 의한 형태를 확인할 수 없다. 회절의 같은 경우 슬릿과 같이 구멍이 매우 작은 경우에 관찰이 가능하다. 저번 수면파 실험에서 확인한 것인데 평면파는 직진하는 성질을 가지고 있기 때문에 그 앞에 장애물이 있으면 장애물 뒤로는 수면파가 나타나지 않았다. 동일한 원리로 별 모양 구멍을 뚫으면 종이라는 장애물 뒤로는 빛이 존재하지 않고 별 모양 구멍을 통해서만 빛이 통과하기 때문에 별 모양이 나타날 것이다.5. 실험과정1. 구멍을 통과하는 일반 빛(1) 아래 그림과 같이 종이에 칼로 가느다란 구멍을 뚫고, 전등을 비추면 스크린에 비춰지는 빛의 형태가 어떠할까?(2) 휴대폰의 플래쉬 앱과 (실험 장치에 포함된) 슬릿판을 사용해서 직접 위의 첫 번째 실험을 해보라. 예상과 같은가? 좁은 구멍과 넓은 구멍의 결과는 어떻게 다른가?2. 구멍을 통과하는 레이저 빛(1) 일반 전등에서 나오는 빛과 레이저 빛의 차이는 무엇인가?(2) 파장이 하나이고 빛의 방출 방향이 나란한 레이저 빛은 일반 빛에 비해 훨씬 단순하다. 따라서 빛이 구멍을 통과할 때 어떤 현상이 일어나는지 이해하기 위해서는 레이저 빛을 사용하는 것이 좋다.레일 위에 레이저와 회전 슬릿판, 스크린을 차례대로 장착하고 좁은 구멍을 통과한 빛이 어떻게 퍼지는지 (이를 회절 무늬라고 부른다) 관찰하라. 손전등의 경우와 어떻게 다른가?(3) 만약 레이저와 슬릿판 사이의 거리가 달라지면 회절 무늬가 어떻게 달라질까? 또, 스크린과 슬릿판 사이의 거리가 변하면 회절 무늬가 어떻게 달라지는가? 왜 그럴까?3. 다양한 폭의 슬릿에 대한 실험(1) 슬릿의 폭을 바꿔보면서 회절 무늬의 변화를 관찰하고 사진으로 찍으라. 어떤 특징이 있는가?(2) 슬릿의 폭과 회절 무늬의 폭 사이의 관계를 그래프로 그리고, 이론식과 비교해보라.4. 이중 슬릿 실험(1) 슬릿 두 개가 가까이 있으면 어떤 일이 일어날까? 두 개의 슬릿(이중 슬릿)에 동시에 레이저 빛을 비추어 회절 무늬를 관찰하고 사진으로 찍으라. 하나인 경우와 어떤 차이가 있는가?(2) 슬릿의 간격과 간섭 무늬 간격의 관계를 그래프로 그리고, 이론식과 비교해보라.

공학/기술| 2023.03.25| 5페이지| 1,000원| 조회(120)

물리, 회절, 간섭, 물리실험2

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물리실험2 수면파 실험 예비레포트

예비레포트실험 7. 수면파 실험1. 실험 제목☞ 수면파 실험2. 실험 목적☞ 수면파의 회절과 간섭 현상을 관찰하고 이해한다. (물이 출렁거려 만들어지는 수면파도 파동의 일종이므로 빛에서 볼 수 있는 반사, 회절, 간섭 등의 특징이 나타난다. 다만 수면파는 파장이 길기 때문에 파동의 특성을 관찰하기가 훨씬 용이하다.)3. 실험 준비물☞ 수면파 실험 set4. 예비 보고서- 수면파의 속력은 주로 어떤 요소들에 의해 결정되는가? (예: 파동의 진동수, 물의 색깔, 물의 온도?)☞ 수면파는 경계면(물)에 대해 수평방향으로 진행하는데 이때 매질은 진행방향에 대해 수직방향으로 진동한다. 즉 파동의 진행에 있어 매질의 직접적인 이동이 없이 위상변화를 통한 에너지의 전달만이 일어난다. 또한 파동의 속력(v)는 진동수(f)*파장(λ)로 표현이 가능하다. 이번 실험에서는 진동수를 고정하고 파장의 속력을 관찰하기 때문에 속력이 변화하려면 파장이 변해야 한다. (장치로 진동수를 설정하기 때문이다.) 따라서 수심이 얕은 곳에서는 파장이 길어서 속력이 느리고, 수심이 깊은 곳에서는 파장이 짧아서 속력이 빨라진다.- 두 수면파가 만나서 생기는 보강 간섭과 상쇄 간섭의 의미는 무엇인가? 보강 간섭은 수면이 높아지고 상쇄 간섭에서는 수면이 낮아진다는 의미인가?☞ 그렇다 보강간섭은 수면이 높아지고 상쇄간섭에서는 수면이 낮아진다. 두 파동이 교차하는 곳에는 간섭 무늬가 나타난다. 두 파원 S1과 S2에서 같은 위상으로 퍼져 나가는 수면파의 마루를 실선, 골을 점선으로 표시하면 실선과 실선 또는 점선과 점선이 만나는 점에서는 보강 간섭이 일어나고 실선과 점선이 만나는 점에서는 상쇄 간섭이 일어나서 간섭 무늬가 만들어진다.5. 실험과정1. 실험 장치 구성(1) 전체 구성은 다음과 같다. (왼쪽은 A형, 오른쪽은 B형이다.)(2) 수조에 물을 붓고, 수면파 발생기의 팔 끝이 물을 첨벙거릴 수 있도록 높이를 조절한다. 바닥에 흰 종이를 깔아 수면파의 그림자를 볼 수 있도록 한다.(3) 수면파 생성기의 동작 방법A형: 진동하는 두 팔의 진동수는 같으나, 진폭과 위상은 달리 할 수 있다.B형: 모터의 회전속도를 조절해서 원하는 파장의 수면파를 만들고, LED 주파수를 진동 주파수와 맞게 조절하면 수면파가 정지한 것처럼 보여서 관찰이 쉽다. (왜 그런지 생각해보라.)(4) 원형 또는 긴 막대형 디퍼(dipper)는 수면파의 모양을 바꾸는 데 사용하며, 가로막이는 수조 중간에 놓아 수면파를 반사하거나 일부만 통과시키는데 사용한다. 굴절렌즈라고 불리는 판을 놓으면 해당 부문의 물의 깊이가 낮아지는 효과가 있다.2. 수면파의 기본 특성 파악(1) 수면파 생성기의 디퍼를 바꾸어 원형파와 평면파를 각각 만들어보라.(2) 진동수를 조절하면 무엇이 바뀌는가? 진동수와 파장으로부터 파동의 속력을 계산해보라.(3) 파동의 속력을 바꾸는 방법이 있을까? 가능하다면 얼마나 바뀌는지 실험해보라.(4) 파동의 간섭에서 보강이나 상쇄가 일어나는 위치에서 물의 움직임을 관찰하라. 물의 움직임에 어떤 특징이 있는가?3. 위의 디퍼와 가로막이, 굴절 렌즈 등을 사용하면 수면파에 대한 다양한 실험을 할 수 있다. 실험 내용은 궁금한 점을 중심으로 각 조가 스스로 정해서 진행한다. 실험 결과를 촬영하고 분석해서 알기 쉽게 정리한다.4. [중요] 이 실험에서 특별히 인상적이었던 것이나 이 실험을 통해서 새롭게 알게 된 것, 떠오르는 의문 등을 적어보자.

공학/기술| 2023.03.25| 5페이지| 1,000원| 조회(132)

물리, 예비레포트, 수면파 실험, 수면파, 물리실험2

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물리실험2 전자기파 실험 예비레포트

예비레포트실험 6. 전자기파의 특성1. 실험 제목☞ 전자기파의 특성2. 실험 목적☞ 전자기파의 투과 및 전파 특성을 이해한다.3. 실험 준비물☞ 개인 스마트폰 2개, 알루미늄 박막, 주변의 다양한 재료들, 모눈종이4.예비 보고서(1) . 자신의 휴대폰이 사용하는 전자기파의 주파수가 어느 정도 되는지 알아보라. (통신회사마다 다르다.) 그 전자기파의 파장은 얼마인가? 블루투스 통신의 주파수와 파장도 조사해 보라.☞① SKT 통신사로 3.5GHz대역에서는 3.60~3.70GHz를 사용하고 있고, 2.8GHz 대역에서는 28.1~28.9GHz를 사용하고 있다.② 이 전자기파의 파장은 hf= 라는 식으로 도출하면 된다. 따라서 파장은 3.5GHz대역에서는 0.083m~0.081m, 2.8GHz대역에서는 0.0101m~0.0103m이다.③ 블루투스 통신의 주파수와 파장은 각각 2.40~2.48Ghz, 0.120m~0.125m이다.(2). 일반적으로 전자기파의 세기는 방출기로부터의 거리에 따라 감소하는데, 어떤 함수를 따르는가?☞ 일차함수의 모양을 따른다. 전자기파의 파워는 반비례함수 모양을 따른다.5. 실험 과정1. 휴대폰 통신용 전자기파(1) 자신의 휴대폰에서 나오는 전자기파가 통과하지 못하는 물질은 무엇일까? 휴대폰을 특정한 물질로 감싸고 통신이 가능한지 실험으로 확인해보라.☞ 알루미늄 호일을 휴대폰에 감싸서 휴대폰에 연결이 되는지 아닌지를 관찰한다.(2) 전자기파의 일종인 빛은 종이 몇 장의 두께를 투과하지 못하는데, 휴대폰 전자기파는 어떠한가? 그 이유가 무엇일까?☞ E = 공식을 사용하여서 문제를 해결한다.2. 거리에 따른 전자기파의 세기(1) 전화나 메시지 등의 통신에서는 휴대폰이 기지국과 신호를 주고받는 것에 반해, 블루투스 통신은 기지국을 거치지 않고 두 스마트 폰끼리 직접 신호를 주고받는다. 블루투스 통신은 약 2.4 GHz의 주파수를 사용한다. 두 개의 스마트 폰 사이에 블루투스 통신이 가능한 최대의 거리는 대략 얼마인지 실험을 통해 확인해보라.☞ 두 개의 스마트폰을 멀리하면서 블루투스 연결이 가능한 최대 거리를 측정한다.(2) 안드로이드 폰: 또는 , 아이폰: 또는 라는 스마트폰 앱을 설치하면 상대방의 폰이 보내는 블루투스 신호의 세기를 알 수 있다. 두 스마트 폰의 거리에 따른 신호의 세기를 조사하고, 그래프로 나타내보라. (컴퓨터가 없으면 손으로 대략이나마 그려보고 보고 다음 실험을 진행하는 것이 좋다.)(3) dBm의 단위는 아래와 같이 정의된다.dBm = 10 * Log10(전자기파 파워/1 mW)연습삼아, 아래 표를 채워보며 W와 dBm 사이의 단위 변환을 해보라.W 단위dBm 단위1 mW100 mW200 mW1 W1 μW(4) (2)의 데이터에서 dBm을 W 단위로 환산해서 다시 그래프를 그려보라. 예상한 바와 비슷한가? (컴퓨터가 없으면 손으로 대략이나마 그려보고 보고 다음 실험을 진행하는 것이 좋다.)3. 알루미늄 박막과 전자기파(3) 2.4 GHz 전파가 알루미늄 박막을 투과하는지, 또 얼마만한 틈이 있으면 통신이 가능해지는지 실험으로 확인해보라. 전자기파의 일종인 빛은 바늘구멍만 있어도 통과하는데, 휴대폰 전자기파는 왜 통과하지 못하는가? 전자기파가 구멍을 투과할 수 있는지의 여부를 결정하는 요소는 무엇일까?☞ 파장과 구멍의 크기, 파장의 길이에 따라서 달라짐.(4) 전자기파를 반사시키는 알루미늄 박막은 전자기파를 차단하는 용도 외에도, 전자기파를 사방으로 흩트리지 않고 특정한 방향으로 진행하도록 만드는 용도로도 사용할 수 있다. 두 개의 스마트 폰을 적당히 떨어뜨린 후, 그 사이에 적정한 형태로 알루미늄 박막을 설치하여, 그 전보다 블루투스 신호의 세기가 증가하도록 만들어보라. 어떤 형태로 설치하는 것이 가장 효과적인가?☞ 원기둥의 형태, 스마트폰을 이어주는 형태 등 여러가지 시도를 해본다.* 이와 같이 금속판(또는 박막)은 전자기파를 반사시키고 차단하는 용도 외에도, 전자기파를 손실 없이 원하는 곳으로 보내는 데에도 사용된다. 두 번째 경우를 도파로(waveguide)라고 한다.

공학/기술| 2023.03.25| 5페이지| 1,000원| 조회(149)

물리, 전자기파, 예비레포트, 물리실험2, 전자기파의 특성

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물리실험2 모터와 발전기 예비레포트

예비레포트실험 5. 모터와 발전기1. 실험 제목☞ 모터와 발전기2. 실험 목적☞ (전류로 자기장을 만드는) 모터와 (자기장의 변화로 전류를 만드는) 발전기의 원리를 이해한다.3. 실험 준비물☞ 모터/발전기 set, 집게 전선, 멀티미터, (원형 자석 2~4개-미리 부착됨), 직류 전원, 나침반, 꼬마전구(1.5 V), 전구 소켓4.예비 보고서☞ 모터와 발전기의 원리에 대해 각각 조사하라. 수식을 사용할 필요는 없으나 원리는 분명히 이해하도록 한다.①모터의 원리기본적으로 모터는 로런치의 힘, 플레밍 법칙, 앙페르 법칙에 의해 움직인다.자석속에 놓여있는 도선에 전류가 흐르면 도선은 힘을 받아서 움직인다. 이때 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손법칙을 따른다. (힘의 방향 엄지, 자기장방향 검지, 전류의방향 중지) 자기장속에 사각형 모양의 코일을 넣고 전류를 흐르게 하면 코일은 힘을 받아서 회전하는데 이것을 모터라고 한다. 이때 수직이 되면 정류자에 의해 방향이 전환된다. 이때 전동기의 회전력은 코일의 감은 수와 코일에 흐르는 전류의 세기에 비례한다.전동기의 구조를 살펴보면 코일이 감긴 회전자가 있고, 최전자 밖으로 고정자석, 회전자에 전류를 연결하는 브러시가 있다.②발전기의 원리발전기의 원리는 모터의 원리의 역방향이다. 모터는 전류를 흘려서 전기에너지를 운동에너지로 바꾸는 것이었다면, 발전기는 운동에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 것이다. 이때 전기에너지를 생산하는 원리는 페러데이의 전자기 유도법칙이다. 페러데이 전자기 유도 법칙은 코일 형태로 감긴 도선 내에서 자속의 변화량은 기전력의 크기에 비례한다는 것이다. 쉽게 말하면 자석을 빠르게 움직이면 전기의 양이 커진다는 뜻이다.자기장 안에서 전기자코일을 회전시키면서 자속을 끊으면 코일에 전압이 유도된다. 이때 자속과 직각일 때 가장 높은 전압이 유도된다.5.실험방법1. 코일에 흐르는 전류가 만드는 자기장지난 실험인 전류계 만들기를 통해 여러분은 이미 전선에 흐르는 전류가 주변에 자기장을 만드는 것을 확인했고, 그 힘을 이용해 나침반 자석을 회전시켰다. 이번에는 그 힘을 더 극대화하여 나침반 자석보다 크고 무거운 물체를 회전시키려고 한다.(1) 실험 장치를 보라. 고정된 코일이 양쪽에 하나씩 있고, 회전하는 코일이 그 중앙에 있다. 현재 자석은 없다. 위의 전자석용 전극에 적당한 전류를 흘리면 양쪽의 고정 코일이 전자석이 되어 각각 S극과 N극을 형성한다. 이 실험에서는 전자석을 가동시키는 대신, 원판형 영구자석을 양쪽에 붙여 자기장을 형성한다. (주의: 자석의 힘이 매우 세므로 자석을 함부로 떼거나 옮기려다 자석을 부수거나 손을 다칠 수 있으니 별다른 문제가 없는 한, 그대로 두고 실험을 하도록 한다.)(2) 자석을 붙인 후, N극과 S극 사이에 놓인 회전 코일이 어떤 힘을 받는지 확인해보라.(3) 회전 코일의 회전축의 납작판(브러쉬라고 한다)을 아래 그림과 같이 이동시키고 고정한다. 이 상태에서 오른쪽의 두 단자에 직류 전원을 연결하면 회전 코일에 전류가 흐르게 된다.(주의: 회전코일은 저항이 작아 많은 전류가 흐르므로 열이 발생하기 쉽다. 30초 이상 전류를 흘린 후에는 코일을 만져 온도를 확인해보라. 뜨거운 경우에는 열을 식혔다가 다시 전압 가한다.) 5 V 이하의 전압을 가한 상태에서 코일이 어떤 힘을 받는지 살펴보라. 예상과 일치하는가?(4) 만일 회전 코일이 같은 방향으로 계속해서 회전하도록 만드려면 어떤 장치가 필요하겠는지 생각해보라. 예를 들어, 직류대신 교류를 흘리면 모터가 계속 회전하도록 만들 수 있을까?2. 모터의 원리(1) 이번에는 아래 그림과 같이 브러쉬를 원통의 중앙으로 이동하고 전류를 흘려보라. (원통이 회전함에 따라 브러쉬가 +극과 –극을 교대로 접촉하도록 만든다.) 앞의 상황과 어떻게 다른가?(2) 모터 제작에 있어서 회전축과 브러쉬의 역할은 무엇인가? (이 간단하고도 효과적인 아이디어에 감탄하지 않는다면 아직 모터의 원리를 이해하지 못한 것이다.)(3) 회전 코일에 가해주는 전압에 따라 회전 속도가 어떻게 달라지는지 측정하고 그래프로 그려보라. (회전 속도를 측정하는 방법과 그 단위는 스스로 결정한다.) 외부 전압 외에 회전 속도에 영향을 주는 요소에는 또 어떤 것이 있겠는가? 모터의 입력전압은 최대 12 V, 전류는 최대 1A를 넘기지 않도록 한다. (주의: 회전코일은 저항이 작아 많은 전류가 흐르므로 열이 발생하기 쉽다. 가끔씩 코일을 만져봐서 과열되면 식혔다가 사용하도록 한다.)3. 발전기의 원리코일을 통과하는 자기장의 세기가 ‘변화’하면 코일에 전류가 유도된다. 이를 이용하면 전원 없이도 전류를 만들어낼 수 있는데, 이를 발전기라고 부른다.(1) 아래 그림과 같이 코일에 자석을 가져가거나 자석을 멀리 치우면 (자기장의 세기가 변하는 순간에 한해) 코일에 전압이 유도되고 따라서 전류가 흐른다. 이 때 만들어지는 전압은 직류전압일까, 교류 전압일까?(2) 그러나 이런 방식의 발전기는 불편한 점이 많다. 첫째로, 자석을 왕복시키는 장치를 만들기가 번거롭고, 둘째로, 만들어지는 전압이 교류 전압이다.모터의 구조를 잘 살펴보면 직류 전기를 만드는 발전의 목적에도 적합함을 알 수 있다. 단, 모터의 경우에는 자석이 양쪽에 고정되어 있고, 대신 코일이 회전을 한다. 손으로 코일을 회전시키면서 코일 양 끝에 유도되는 전압을 측정하여 보라. 이 전압은 교류 전압인가, 직류 전압인가? 최대 몇 V 정도 얻을 수 있는가?(3) 이 발전기를 사용해서 꼬마전구에 불을 켜거나 다른 모터를 돌릴 수 있을까? 다른 조와 협동하는 방법도 생각해보라.*태양광 발전을 제외한 수력, 화력, 원자력, 풍력 발전소에서도 실제로 뜨거운 증기를 만들어 증기의 힘으로 터빈(turbine)을 돌리며 이 터빈이 회전 코일과 연결되어 전기를 생산한다.수 V의 전기를 만드는 것도 간단한 일이 아니며, 계속해서 터빈을 돌리기 위해서는 큰 에너지를 필요로 한다.4. [중요] 이 실험에서 특별히 인상적이었던 것이나 이 실험을 통해서 새롭게 알게 된 것, 떠오르는 의문 등을 적어보자.

공학/기술| 2023.03.25| 7페이지| 1,000원| 조회(171)

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