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아주대학교 물리학실험 전류와 자기장, 지구자기장 결과보고서 평가A+최고예요

결과보고서제목 : 전류와 자기장, 지구자기장학부 학년 학번 : 이름 :날짜 : 공동실험자 :[1] 측정값 및 계산실험 1a) 최소전류 :I _{0} ``=`` 0.00 A , 회전각: 0 °전 류 :I``=`` 0.3 A, N극의 방향(동,서,…) : 서쪽전류의 방향(시계, 또는 반시계 방향) : 시계방향b) 최소전류 :I _{0} ``=`` 0.00 A , 회전각: 0 °전 류 :I``=`` -0.3 A, N극의 방향(동,서,…) : 동쪽전류의 방향(시계, 또는 반시계 방향) : 반시계방향I (A)측정값 B (G)계산값 B′(G)0.232.40.464.80.697.20.8119.61.014121.217141.419171.622191.825222.02724실험 2aR`` = 10.5 cmN`` = 200 회실험 2bI = 1.8 AI = -1.8 Az (cm)측정값 B (G)계산값 B′(G)z (cm)측정값 B (G)계산값 B′(G)024.521.50-22.30-21.5516.815.95-14.82-15.9109.18.1810-6.27-8.18155.14.0615-2.70-4.06203.32.1620-0.88-2.16252.41.25250.17-1.25301.90.777300.60-0.777351.70.511351.00-0.511401.60.353401.10-0.353실험 3지구자기장의 진폭 = 0.00333 G지구자기장의 수직성분 각도(지표면과 이루는 각도) = 293°[2] 토의1. 질문에 대한 토의질문 1. 위에서 측정한 자기장의 방향은 전류의 방향으로부터 예측할 수 있는 자기장의 방향과 일치하는가? 전류의 방향으로부터 자기장의 방향을 기술하는 물리학의 법칙은 어떤 것이 있는가?실험을 하기 전에, 물리학실험 157쪽에 나온 원형도선의 자기장을 설명한 그림을 참고하여 자기장의 방향을 예측하였다. 원형코일의 앞면(단자가 위치한 면)이 동쪽을 향하고 측면(코일이 드러난 부분)이 남북을 향하도록 세우고 실험을 진행하였는데, 전류가 시계방향으로 흐르면 자기장의 방향이 서쪽을 향할 것이라고 예상하였고, 반시계방향으로 흐르면 자기장의 방향이 동쪽을 향할 것이라고 예상하였다. 전류의 방향은 코일의 단자와 직류전원의 +, -단자를 연결하는 방법에 따라 변화시켰고, 실험 결과는 예상과 일치하였다. 이와 같은 전류와 자기장의 방향을 앙페르가 정리하였다. 앙페르의 ‘오른나사의 법칙’은 전류의 방향이 오른손 엄지손가락 방향이라면 자기장의 방향은 나머지 네 손가락이 감싸는 방향이 된다는 법칙이다.질문 2. 영점보정을 할 때 자기장센서의 축을 동서방향으로 정렬하는 이유는 무엇인가?지구 자기장을 기준으로 영점보정을 하려고 하기 때문이다. 실험 상황에서 미세하지만 지구자기장이 항상 존재한다. 따라서 지구 자기장이라는 오염변인을 제거하고 순수하게 자기장에 미치는 전류의 영향력, 거리의 영향력을 알기 위해서 지구 자기장을 기준으로 영점보정한 것이다.질문 3. 위의 그래프에서 이론값의 직선은 실험데이터와 얼마나 잘 일치하는가? 자기장이 전류에 정비례함을 확인하였는가?그래프에 나타난 바와 같이 전류에 따른 자기장의 실험값과 이론값의 추세는 비슷하였고 직선의 기울기를 가졌다. 특히, 이론값에 대하여 ‘자기장=11.968*(전류)’의 회귀식을 구할 수 있었다. 즉, 자기장이 전류에 정비례함을 확인하였다. 그러나 실험값에 대한 이론값의 상대오차가 상당했다. 전류가 2.0A일 때, 상대오차가 11%로 가장 작았고, 전류가 0.2A, 0.4A, 0.6A일 때, 상대오차가 20%로 가장 컸다.질문 4. 자기장이 원형도선 중앙의 값에서 5.0 % 이하로 감소하는 거리는 대략 얼마인가?식 (2)를 이용하여{mu _{0}} over {2} {N`I`R ^{2}} over {(z ^{2} +R ^{2} ) ^{3/2}} LEQ 0.05B _{0}를 만족하는 거리 z의 값을 구하면 된다. 실험 2b-1에서의 값들을 대입하여 식을 계산한다. (실험값 B?(z=0cm 일 때의 자기장) = 24.5G, 자유공간의 투자율 μ? = 4π×10??N/A², 전류 I = 1.8A, 코일이 감긴 횟수 N = 200, 코일의 평균 반경 R = 0.105m){4 pi TIMES 10 ^{-7} N/A ^{2}} over {2} TIMES {200 TIMES 1.8A TIMES 0.105 ^{2} m ^{2}} over {(z ^{2} +0.105 ^{2} ) ^{3/2} m ^{3}} TIMES {10 ^{4} G} over {1T} (단위변환) LEQ 0.05 TIMES 24.5G위의 식을 계산했을 때 거리 z가 대략 25.2cm일 때, 자기장이 원형도선 중앙의 값의 5.0%인 1.225G로 감소하고, 그보다 더 멀어지면 자기장이 더 감소한다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의(그래프 첨부)이번 실험을 통해서는 전류가 자기장을 형성하는 것을 관찰하고, 자기장과 전류와의 관계, 자기장과 거리와의 관계를 실험과 식을 통해 이해하였다. 또한 지구자기장을 측정하여, 지구자기장의 크기와 방향을 알아보았다.실험 1에서는 전류의 방향과 자기장의 방향의 관계를 알아보았다. 원형코일에 최소 전류 0A가 흐를 때에는 나침반에 변화가 없었다. 그러나 0.3A의 전류가 시계방향으로 흐르자 나침반의 N극이 서쪽을 향했다. 그 다음엔 +, - 단자를 바꿔서 전류가 반시계방향으로 흐르게 했다. (즉, -0.3A의 전류가 흐르게 했다.) 그러자 나침반의 N극이 동쪽을 향했다. 실험의 내용은 외르스테드와 앙페르의 주장으로 정리할 수 있다. 외르스테드가 도선에 전류가 흐르자 그 주변의 나침반에 변화가 생기는 것을 보고 전류와 자기장의 관계에 대해 주목했고, 이러한 전류의 방향과 자기장의 방향을 앙페르가 오른나사의 법칙으로 정리했다. 이는 오른손의 엄지손가락을 전류의 방향과 일치시켰을 때, 나머지 네 손가락이 감싸는 방향이 자기장의 방향과 일치한다는 것이다.실험 2a에서는 전류의 변화에 따라 자기장이 어떻게 변하는지를 알아보았다. 원형도선의 가운데에 자기장센서를 위치시키고 전류를 0.2A씩 높여가며 자기장을 기록하였다. 전류에 대한 자기장의 측정값은 [1] 측정값 및 계산 실험 2a 에 기록한 바와 같다. 또한 식B= {mu _{0}} over {2} {N`I} over {R} 을 사용하여 자기장의 이론값을 계산하였는데 실험값과 이론값의 관계와 차이를 직관적으로 나타내기 위해 아래 그래프로 제시하였다. 실험값과 이론값 모두 직선의 추세선을 가지며 전류와 자기장이 정비례 관계임을 보였다. 그러나 실험값에 대한 이론값의 상대오차가 11%에서부터 20%로 컸다.위와 같은 조건에서 자기장과 거리의 관계를 알아보는 실험 2b를 진행하였다. 원형코일의 정중앙에서 측정할 때 거리 z를 0으로 설정하였고, 그로부터 수직으로 멀어지는 것을 거리가 증가한다고 보았다. 또한 실험 2b에서는 전류가 1.8A일 때와 -1.8A일 때로 두 번의 실험을 진행하였다. 편의를 위해, 전류가 1.8A 일 때를 실험 2b-1, 전류가 -1.8A일 때를 실험 2b-2로 부르도록 하겠다. 실험 2b-1과 2b-2의 측정값과 식B= {mu _{0}} over {2} {N`I`R ^{2}} over {(z ^{2} +R ^{2} ) ^{3/2}}을 이용하여 구한 이론값은 [1] 측정값 및 계산 실험 2b 에 나와있다.제시한 그래프와 같이 거리가 멀어짐에 따라 자기장이 기하급수적으로 작아진다. 실험값에 대한 이론값의 상대오차는 거리가 5cm일 때 5.6%로 가장 작았고, 거리가 40cm일 때 77%로 가장 컸다. 실험 2b-2에서는 전 실험에서 전류의 방향을 바꾼 실험이다. 이론상으로는 실험 2b-2의 자기장이 실험 2b-1의 자기장의 음의 값을 가지지만, 측정값은 그와는 조금 다른 값을 보였다. 이 실험에서는 실험값에 대한 이론값의 상대오차가 거리가 0cm일 때 3.4%로 가장 작았다. 그래프는 실험 2b-1의 그래프를 x축 대칭한 듯한 모양을 보였다. 마찬가지로 자기장과 거리의 세제곱이 반비례했다.

자연과학| 2020.04.10| 6페이지| 1,000원| 조회(594)

자기장, 물리학실험, 결과보고서, 지구자기장, 아주대학교, 전류, 물실, 전류와자기장

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아주대학교 물리학실험 저항의 연결 결과보고서

결과보고서제목 : 저항의 연결학부 학년 학번 : 이름 :날짜 : 조 : 공동실험자 :[1] 측정값실험 1i색 코드표시저항R _{i}(Ω)허용오차범위(%)측정값R _{i} ` ^{0} (Ω){|R _{i} ` ^{0} -R _{i} `|} over {R _{i} `} (%)1황 자 주황 금47000±5%466000.852녹 흑 적 금5000±5%49401.23적 적 적 금2200±5%21631.74갈 흑 적 금1000±5%9960.45녹 청 갈 금560±5%5773.06청 회 흑 금68±5%실험 중 화재로 소실실험 3R_1 = 51.00k OMEGA ``,R_2 = 5.410k OMEGA ``,R_3 = 2.294k OMEGA ``,R_eq = 58.704k OMEGA ``V (V)I (mA)V _{1} (V)V _{2} (V)V _{3} (V)측정 110.000.178.670.920.39측정 220.000.3517.321.850.79실험 4R_1 = 2.212k OMEGA ``,R_2 = 1.020k OMEGA ``,R_3 = 0.5914k OMEGA ``,R_eq = 0.3202k OMEGA ``V (V)I (mA)I _{1} (mA)I _{2} (mA)I _{3} (mA)측정 110.0030.844.529.8016.91측정 220.0062.69.1119.7535.11[2] 계산 및 결과실험 31. 전체 회로에 공급된 전압 V가 10.00V일 때, 식V ^{'} =V _{1} +V _{2} +V _{3} 을 통해 계산한 전압 V'는 9.98이었다. 전압 V가 20.00V일 때에는 V'가 19.96으로 계산되었다. 두 경우 모두 V'는 V에 대하여 0.2%의 상대오차를 가진다.2. 실험 1에서 저항R _{1} ^{0},R _{2} ^{0},R _{3} ^{0}는 각각 46600Ω, 4940Ω, 2163Ω으로 측정되었다. 이 때, 등가저항R _{eq}는 세 저항값을 모두 더한 53703Ω으로 계산되었다. 반면에 식 R=V/I를 이용하여 계산하였을 경우에는 R = 10.00V / 0.00017A = 58824Ω이다.R _{eq}는 R에 대해 8.71%의 상대오차를 가진다.실험 41. V가 10.00V일 때, 전체 전류 I는 30.84mA로 흐른다. 이 때, 식I ^{prime } =I _{1} +I_{2}+I_{3}을 계산하여 측정한 전체 전류 I'는 31.23mA이다. I'는 I에 대하여 1.27%의 상대오차를 가진다. V가 20.00V일 때에는 전체 전류 I는 62.6mA이고 I'는 63.97mA이다. 이는 2.19%의 상대오차를 가진다.2. 실험 1에서 저항R _{1} ^{0},R _{2} ^{0},R _{3} ^{0}는 각각 2163Ω, 996Ω, 577Ω으로 측정되었다. 이 때 등가저항R _{eq}는 세 저항의 역수값을 다 더한 값으로, 312.6Ω으로 계산된다. 그러나 실험 4에서 측정한 V와 I를 이용하여 저항 R을 계산하면 R = V/I = 10.00V / 0.03084A = 324.3Ω이다. 등가저항R _{eq}는 저항 R에 대해 3.61%의 상대오차를 가진다.[3] 토의1. 질문에 대한 토의질문 1. 측정한 저항값들은 색 코드로 표시한 값으로부터 허용오차 범위 내에 들어오는가?총 5개의 저항에 대해서 각각 표시 저항을 읽고 멀티미터로 저항값을 직접 측정하였다. 측정값과 표시 저항값의 상대오차가 가장 큰 것은 3.0%, 가장 작은 것은 0.4%로 모두 표시된 상대오차범위인 ±5% 내에 위치하였다.질문 3. 식 (3)과 (6)은 사용한 멀티미터의 오차범위 내에서 성립하는가?식 (3)은 저항을 직렬로 연결한 회로에서 성립하는 전압에 대한 식이고, 식 (6)은 저항을 병렬로 연결한 회로에서 성립하는 전류에 대한 식이다. 이에 대한 계산을 항목 [2] 계산 및 결과에서 이야기하였다. 식 (3)을 계산하여 얻은 V'은 전체 전압 V와 0.2%의 상대오차를 가졌고, 이는 멀티미터의 오차범위인 1%보다 작았다. 반면 식 (6)을 사용하여 계산하여 얻은 I'은 전체 전류 I와 2.19%의 오차를 가졌고 이는 멀티미터의 오차범위를 벗어났다.질문 4. 식 (2)와 (5)로 계산한 등가저항은 전압과 전류의 직접 측정으로부터 계산한 저항과 멀티미터의 오차범위 내에서 같다고 할 수 있는가?저항을 직렬로 연결했던 실험 3에서 식 (2)로 계산한 등가저항은 53703Ω이었다. 그러나 전압과 전류의 측정값을 이용하여 계산한 R은 58824Ω이었다. 등가저항은 계산한 저항값에 대하여 8.71%의 상대오차를 가졌다. 저항을 병렬로 연결했던 실험 4에서 식 (5)를 이용하여 계산한 등가저항값은 312.6Ω이다. 그러나 측정한 전압과 전류를 이용하여 계산한 R은 324.3Ω이었다. 등가저항은 저항 R에 대하여 3.61%의 상대오차를 가진다. 두 경우 모두 멀티미터의 오차범위인 1%를 벗어났다.질문 5. 저항의 허용 최대전력은 1.0 W이다. 이 때, 저항에 인가할 수 있는 최대전압은 얼마인가 추정하여라.전력은 전압과 전류의 곱으로 계산된다. 이를 식으로 정리하면P=VI 인데I= {V} over {R}이기에 식을P= {V ^{2}} over {R}로 쓸 수 있다. 최대 전력을 1.0W로 정의했기 때문에1.0(W) GEQ {V ^{2}} over {R} (V ^{2} / OMEGA )의 식을 만족해야 하고, 단위를 제거하고 R을 좌항으로 이항하면R` GEQ V ^{2}이다. 이를 정리하면V LEQ sqrt {R}이 된다. 즉, 저항에 인가할 수 있는 전압은 제곱근 R 정도가 최대값이다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의이번 실험에서는 저항의 색 코드를 읽고 이를 측정값과 비교하였고, 저항의 직렬 및 병렬연결의 특성을 알아보았다.실험 1에서는 저항연결판에 있는 다섯 개의 저항의 색 코드를 통해 알아낸 표시 저항값과 멀티미터로 측정한 저항값을 비교하였다. 가장 값이 작은 6번 저항은 실험 4에서 화재로 망가져서 저항값을 측정할 수 없었다. 따라서 실험 1, 3, 4에서 6번 저항을 사용하지 않았다. 표시 저항값과 직접 측정한 저항값은 [1] 측정값의 실험 1 표에서 자세히 제시하였다.{|R _{i} ` ^{0} -R _{i} `|} over {R _{i} `}의 식으로 상대오차를 계산했을 때, 가장 큰 값이 3.0%, 가장 작은 값이 0.4%였다. 저항의 색 코드에서 가장 마지막 색은 오차범위를 의미하는데 모든 저항의 그것이 금색이었다. 금색은 오차범위가 ±5%임을 의미한다. 따라서 모든 저항의 측정값이 표시 저항의 오차범위에 포함되었다.실험 3에서는 저항 3개를 직렬로 연결한 회로를 구성하고 전압, 전류, 저항값을 측정하였다. 실험 3에서는 1, 2, 3번 저항을 사용하였다. 회로를 연결하고 저항값을 측정하였을 때, 1번 저항은 51kΩ, 2번 저항은 5.41kΩ, 3번 저항은 2.294kΩ으로 측정되었다. 저항을 직렬로 연결하였을 때, 등가저항은 모든 저항의 합이므로 계산을 통해 58.704kΩ이라는 값을 얻을 수 있었다. 이 회로에 한 번은 10.00V, 다른 한 번은 20.00V를 공급했다. 첫 번째로 전체 회로에 공급된 전압이 10.00V이었을 때, 전류는 0.17mA로 측정되었다. 또한 각 저항에서의 전압을 측정하여 첫 번째 저항에서는 8.67V, 두 번째 저항에서는 0.92V, 세 번째 저항에서는 0.39V의 값을 얻을 수 있었다. 두 번째로 전체 회로에 20.00V를 공급하였을 때, 전류는 0.35mA로 측정되었다. 전압은 저항 번호의 순서대로 17.32V, 1.85V, 0.79V로 측정되었다. 이 측정값들을 이용하여 직렬연결의 특성인 ‘전체 회로에 흐르는 전압은 각 저항의 양단에 걸리는 전압의 합과 같다.’를 확인해보았다. 식V ^{'} =V _{1} +V _{2} +V _{3}을 사용하여 계산하였을 때, 두 경우(V가 10V와 20V일 때) 모두 전체 회로에 흐르는 전압에 대해 계산한 전체 전압의 상대오차가 0.2%였다. 이는 멀티미터의 오차인 1% 내의 값이다. 따라서 전압에 대한 식이 확인되었다. 또한 R=V/I의 식을 이용하여 전체 회로의 등가저항을 계산하니 58824Ω으로 단순히 각 저항의 합으로 계산한 58.704kΩ와는 차이가 있었다. 각 저항의 합으로 계산한 등가저항은 전체 회로의 등가저항에 대해 0.20%의 상대오차를 가진다. 따라서 등가저항에 대한 식이 확인되었다.실생활에서 전구를 병렬로 연결할 때보다 직렬로 연결할 때, 전구의 밝기가 어두워지는 것을 볼 수 있다. 이는 실험에서 우리가 확인했듯이, 직렬로 연결을 할 경우 회로 전체에 흐르는 저항값이 각 저항의 합으로 커진다. 따라서 I=V/R식에 의해 회로 전체에 흐르는 전류의 세기가 작아지기에 전구의 밝기가 어두워지는 것이다.실험 4에서는 저항 3개를 병렬로 연결한 회로를 구성하고 전압, 전류, 저항값을 측정하였다. 실험 4에서는 3, 4, 5번 저항을 사용하였다. 회로를 연결하고 저항값을 측정하였을 때, 3번 저항은 2.212kΩ, 4번 저항은 1.020kΩ, 5번 저항은 0.5914kΩ으로 측정되었다. 저항을 병렬로 연결하였을 때, 등가저항의 역수는 모든 저항의 역수의 합이므로 계산을 통해 320.2Ω이라는 값을 얻을 수 있었다. 이 회로에 한 번은 10.00V, 다른 한 번은 20.00V를 공급했다. 첫 번째로 전체 회로에 공급된 전압이 10.00V이었을 때, 전류는 30.84mA로 측정되었다. 또한 각 저항에서의 전류를 측정하여 첫 번째 저항에서는 4.52mA, 두 번째 저항에서는 9.80mA, 세 번째 저항에서는 16.91mA의 값을 얻었다. 두 번째로 전체 회로에 20.00V를 공급하였을 때, 전류는 62.6mA로 측정되었다. 전류는 순서대로 9.11mA, 19.75mA, 35.11mA로 측정되었다. 이 측정값들을 이용하여 병렬연결의 특성인 ‘전체 회로에 흐르는 전류는 각 저항을 흐르는 전류의 합과 같다.’를 확인해보았다. 전압이 10.00V일 때, 식

자연과학| 2020.04.10| 4페이지| 1,000원| 조회(387)

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아주대학교 물리학실험 옴의 법칙 결과보고서

결과보고서제목 : 옴의 법칙학부 학년 학번 : 이름 :날짜 : 조: 공동실험자 :[1] 측정값 및 계산실험 1표시저항IVR33OMEGA ``0.089382.95133.02100OMEGA ``0.031532.95993.84실험 2 정류용 다이오드1k Omega `` 표시저항의 측정값:R_B ``= `` 969Ω (허용오차 ±5%)측정 점V_D (V)V_B `` (V)I ```(A)R ``(Omega )I```approx ``````4``rm mA ` 부근0.65564.0070.004135158.5I```approx ``````2``rm mA ` 부근0.62241.9800.002043304.6I```approx`````` 1``rm mA ` 부근0.58840.97690.001008583.6I```approx `0.5``rm mA ` 부근0.56010.53190.00054891020I```approx `0.2``rm mA ` 부근0.50890.18110.00018692723V_D```approx ``-2``rm V ``부근-2.0240.00082000.0000008462-2392000V_D```approx ``-4``rm V ``부근-4.018-0.00003296-0.0*************100000실험 3 발광 다이오드측정 점:I```approx ``````2``rm mA ` 부근다이오드V_D (V)V_B `` (V)I ```(A)R ``(Omega )D1 (적색)1.8932.0010.002065916.7D2 (녹색)1.9312.0470.002112914.1D3 (황색)1.8362.0270.002092877.7정류용 다이오드의 그래프:a)V ``-t ``그래프x축-시간(초)y축-전압: 신호발생기의 출력전압(노랑), 저항의 전압(보라), 정류용 다이오드의 전압(빨강)b)V_B``-V_D ` 그래프x축-정류용 다이오드의 전압y축-저항의 전압발광 다이오드(적색)의 그래프:a)V ``-t ``그래프x축-시간(초)y축-전압:신호발생기의 출력전압(초록), 저항의 전압(형광초록), 발광 다이오드의 전압(주황)b)V_B``-V_D ` 그래프x축-발광 다이오드의 전압y축-저항의 전압[2] 토의1. 질문에 대한 토의질문 1. 색으로 표시된 저항(33OMEGA ``, 100OMEGA ``)과 식 (1)로 계산한 저항은 몇 %나 차이가 나는가?시간에 따라 변하는 전압과 전류의 값을 나타낸 그래프의 끝점에 가까운 좌표 하나를 지정하여 좌표의 전압과 전류값을 R=V/I 식에 대입하였다. 33OMEGA ``을 사용하였을 때, 끝점의 좌표는 0.08938A의 전류값와 2.951V의 전압을 기록하였다. 이 값을 이용하여 저항의 값을 계산했을 때 33.02OMEGA ``이 나왔고 이는 33OMEGA ``의 상대오차 0.0606%의 범위에 드는 값이다. 100OMEGA ``을 사용하였을 때, 끝점의 좌표는 0.03153A의 전류값과 2.959V의 전압값을 기록하였다. 식을 이용해 93.84OMEGA ``을 계산해내었고, 이는 100OMEGA ``과 6.16%만큼의 상대오차를 가진다.질문 2. 실험 1에서 사용한 저항소자들은 전압에 관계없이 일정한 저항을 갖는다고 할 수 있는가?그렇다. 시간에 따라서 전압과 전류가 변했지만, 각 좌표의 전압값과 전류값을 R=V/I식에 넣으면 모두 사용한 저항소자에 해당하는 저항값과 비슷한 값을 가지는 것을 확인하였다. 또한 프로그램을 이용하여 V-I의 관계를 나타낸 그래프를 그려보았을 때, 직선의 그래프가 나왔다. 이는 I=V/R의 그래프에서 R이 V의 변화와 상관없이 계속 일정한 값을 가지며, I는 V에 의해서 변화하는 일차함수였기에 가능한 일이다.질문 3. 다이오드가 옴의 법칙을 만족하지 않음을 간단히 기술한다면 관찰한 결과로부터 어떤 면을 지적하겠는가?옴의 법칙은 R=V/I로 나타낸다. V/I는 일정한 값을 가진다는 것이다. 그러나 실험 2의V _{D}(다이오드의 전압)에서 I(전류)를 나눈 값은 158.5부터 1억이 넘는 수까지 천차만별로 나왔다. 즉, 저항값이 각 지점마다 다 다르므로 옴의 법칙을 만족하지 않는다.질문 4. “다이오드에 전압이 양이면 전류가 흐르고 음이면 전류가 흐르지 않는다.”고 말해도 되는가? 시험한 모든 다이오드에 대해 전류가 2 mA 보다 커지는 대략적인 전압(전환점)을 서로 비교하시오.실험 2에서 정류용 다이오드에 걸린 전압이 양일 경우부터 음일 경우까지를 측정하고, 그에 따른 전류의 값을 계산하여 표로 작성하였다. 그 표가 첫 번째 페이지에 있는 실험 2의 표이다. 다이오드에 전압이 양일 경우, 0.6556V일 때 전류가 0.004135A이었고 0.5089V일 때 전류가 0.0001869A이었다. 전압이 음인 경우를 알아보기 위해 다이오드의 전압이 -2V, -4V 부근일 때의 전류값을 계산해내었는데, 다이오드 전압이 -2.024V일 때 전류가 0.0000008462A이었고, -4.018V일 때는 -0.00000003401A이었다. 전압이 양수일 경우에 비해 전압이 음수일 경우 전류값이 현저하게 작아지는 것을 볼 수 있다. 즉, 다이오드에 전압이 음이면 전류값이 아주 작아져 거의 흐르지 않는다고 이야기할 수 있다. 전압이 -4V 부근일 때 전류가 음의 값을 띄는 이유로는, 저항의 전압을 재는 실험기구의 오차로 볼 수 있다.이와 같은 실험을 정류용 다이오드 외에 발광 다이오드(적색, 녹색, 황색)에 대해서도 각각 실험을 진행하였다. 정류용 다이오드는 0.6224V에서 2.043mA를 가졌다. 적색 발광 다이오드는 1.893V에서 2.065mA, 녹색 발광 다이오드는 1.931V에서 2.112mA, 황색 발광 다이오드는 1.836V에서 2.092mA를 가졌다. 어느 지점에서 전류가 2mA보다 커지는지를 정확하게 측정할 수 없어 서로 전압값을 비교하기에는 어려우나, 발광 다이오드끼리는 서로 비슷한 전압에서 2mA의 전류가 흐름을 알 수 있고, 정류용 다이오드는 발광 다이오드와는 다른 전압에서 2mA의 전류가 흐름을 알 수 있다.질문 5. 실험 2의 스코프 1의 그림으로부터,V_o `가 4 V까지 상승하고 있는데 다이오드의 전압V_D ``(V_A `)이 약 0.8 V 보다도 작은 값에 머물러 있는 이유를 설명하시오.다이오드는 V(전압)-I(전류) 그래프가 탄소저항처럼 선형을 이루지 않고 지수함수 그래프의 모양을 띤다. V가 양의 방향으로 진행하면 I가 급격하게 상승하지만, V가 음의 값을 가지면 I는 거의 0에 가까운 값을 가진다. 따라서 회로에 다이오드가 연결되어 있을 때, 양의 전압을 받으면 다이오드는 작은 양의 전압만으로도 같은 양의 전류를 흘려보낼 수 있다. 따라서 다이오드의 전압이 작은 값에만 머물러 있는 것이다.질문 6. 발광 다이오드(Light Emitting Diode)에서 빛이 나오는 현상을 관측하였는가? 실험 3에서 저장한 스코프 화면 그림으로부터, 한 주기에 대한 빛이 나오는 시간의 비를 추정하고 발광하기 위한 조건(전압)에 대하여 검토하시오.스코프 화면을 볼 때, 한 주기는 0.1초이다. 실험에서 전류가 2mA를 초과했을 때 다이오드가 켜졌다고 정의하였기 때문에 전압이 1.893V 이상일 때의 시간을 측정했고, 0.0125초동안 불이 켜진다는 것을 알 수 있었다. 한 주기에 대한 빛이 나오는 시간의 비는 0.0125초/0.1초=0.125로 한 주기마다 12.5%의 시간동안 빛이 나온다는 것을 알 수 있었다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의이번 실험에서는 탄소저항과 다이오드에 대하여 옴의 법칙이 성립하는지를 확인해보았다.첫 번째 실험에서는 회로에 33OMEGA `` 또는 100OMEGA ``의 탄소저항을 연결하여 삼각파의 교류전압을 발생시켰다. 변동하는 전압에 따른 전류의 값을 확인하기 위해 이를 그래프로 확인하였다. 33OMEGA ``을 연결한 회로와 100OMEGA ``을 연결한 회로 모두 V-I그래프에서 직선의 그래프를 이루고 있었다. 또한 R=V/I의 식을 이루는지를 확인하기 위해 측정한 전류값과 전압값을 식에 넣어 계산하였다. 표시저항이 33OMEGA ``인 회로에서는 저항이 33.02OMEGA ``으로 계산되었고 이는 0.06%의 상대오차를 가진다. 표시저항이 100OMEGA ``인 회로에서는 저항이 93.84로 계산되었는데 이는 6.16%만큼의 상대오차를 가진다. 즉, 탄소저항을 연결하였을 때 전압을 전류로 나눈 값은 일정한 저항값을 계속 유지하였다.

자연과학| 2020.04.10| 6페이지| 1,000원| 조회(583)

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아주대학교 물리학실험 등전위선 결과보고서 평가A+최고예요

결과보고서제목 : 등전위선학부 학년 학번 : 이름 :날짜 : 조 : 공동실험자 :[1] 측정값두 전극사이의 저항은6.05kΩ으로측정되었다.[2] 토의1. 질문에 대한 검토질문 1. 원 내부의 각 점에서 측정한 전위는 같은가?멀티미터를 이용하여 측정한 결과, 원 내부의 전위값으로 9.95V에서 10.00V의 값을 얻을 수 있었다. 10V에 대한 측정값들의 상대오차가 0.5% 이내임을 감안하였을 때, 원 내부의 각 점에서 측정한 전위가 같다고 이야기할 수 있다.질문 2. 도체상의 모든 점은 전위가 과연 같은가?도체 내 전하의 알짜운동이 없어서 도체가 정전기적 평형 상태를 이루고 있다면 각 점에서의 전위는 모두 같다.질문 3. 속이 빈 도체의 내부 공간에서도 등전위인가?속이 빈 도체 또한 도체의 내부 전기장이 0이다. 도체 내부의 모든 점에서 전위는 일정하다.질문 4. 전기장의 방향은 V/cm로 측정한 최댓값 방향에 대해 어떤 방향인가?전기장의 방향은 등전위선에 수직한다. 실험을 통해 발견한 V/cm로 측정한 최댓값 방향 또한 등전위선의 접선과 수직하는 방향이었다. 즉, 전기장의 방향과 V/cm로 측정한 최댓값의 방향이 같았다.질문 5. 등전위선의 간격과| bold{E} ``|는 어떤 상관관계를 갖는가?V/cm로 측정한 값을 보면 등전위선의 간격과 반비례하는 것을 볼 수 있다. V/cm는 1cm의 거리를 둔 두 지점 사이의 위치에너지, 전위이다. 같은 1cm에 대해서 전위차를 측정하더라도, 등전위선의 간격이 좁다면 전위차가 커진다. 반면 등전위선의 간격이 넓다면 넓은 범위의 영역이 비슷한 전위를 띠고 있기 때문에 전위차가 작아진다. 따라서 등전위선의 간격과| bold{E} ``|(=│V/m│)는 서로 반비례한다.질문 6. V/cm 단위와 N/C 단위는 어떤 관계인가?V/cm 단위를 변환시키면 이렇다.{1V} over {1cm} = {1J/C} over {1cm} = {1N BULLET m} over {0.01m BULLET C} =100N/C 즉, V/cm는 N/C의 100배이다.2. 실험과정 및 결과에 대한 검토이번 실험에서는 전극 사이에서 형성되는 등전위선을 구하고, 전위와 전기장의 관계를 알아보았다.실험 1실험 1에서는 원형 전극과 직류 전원의 +극을, 막대 전극과 직류전원의 -극 연결시켜 등전위선을 찾았다. 장치를 이용해서 10.00V의 전압을 걸어주었을 때의 등전위선 그림은 보고서 가장 앞에 제시하였다. 원형 도선의 내부에서는 9.95V에서 10.00V까지 대략 10.00V의 전위가 측정되었다. 원형 도선의 표면과 내부 모두 전위가 일정한 것을 보아 정전기적 평형 상태에서 도체의 각 점에서의 전위는 일정하다는 것을 확인하였다. 이러한 점의 연장선상에서 원형 도선 주변과 막대 도선의 주변 등전위선의 모양이 다르다는 점도 이해할 수 있다.원형 도선(+ 전극)에서 멀어질수록, 막대 도선(- 전극)에 가까워질수록 전위가 점점 감소하는 것을 발견하였고 같은 전위를 띠는 점끼리 연결하여 등전위선을 그렸다. 등전위선은 원형 도선에서 멀어질수록 그 간격이 넓어졌지만 막대 도선에 가까워질수록 다시 그 간격이 좁아졌다. 그러한 이유는 어떤 지점에서의 전위를 구하는 식에 있다. 여러 점전하에 의해 생기는 전위는V= sum _{i=1} ^{n} V _{i} = {1} over {4 pi epsilon _{0}} sum _{i=1} ^{n} {q _{i}} over {r _{i}} (단, ε? = 진공의 유전율, q = 각 전하의 전하량, r = 전위를 구할 지점에서 각 전하까지의 거리) 로 나타낸다. 전위가 전하와의 거리에 반비례하기 때문에, 도선에 가까운 영역에서는 전위의 변화가 급격하고 두 도선에서 먼 중간 부분은 전위의 변화가 적다.실험 2실험 2에서는 실험 1에서 전위를 측정한 지점에서의 전기장을 측정하였다. 적색과 흑색 탐침의 거리는 1.1cm이었고, 그래프 용지에는 전기장의 크기가 가장 크게 나타나는 방향에 대해서 그 방향과 크기를 기록하였다. 등전위선 상의 전기장은 8V에서 6V로 갈 때에 작아졌다가 4V에서 2V로 갈 때 커졌다. 또한 원형 도선과 막대 도선을 중앙으로 가르지르는 y=10축에서 전위가 8V일 때와 2V일 때의 전기장의 크기가 비슷하였고, 전위가 6V일 때와 4V일 때 그 크기가 비슷했다. 즉, 등전위선의 간격이 좁으면 전기장의 크기가 컸고 간격이 좁으면 전기장의 크기가 컸다. 그러한 까닭은 전기장을 구하는 식에 있는데, 전기장은 N/C의 단위로 표현하기도 하지만 전위를 거리로 나눈 값인 V/m로 표현하기도 한다. 따라서 단위거리 당 전위차가 크면 전기장의 크기는 커진다. 또한 등전위선 상에서 y=10일 때 전기장의 크기가 가장 컸고, y=10에서 멀어질수록 크기가 작아졌다. 이를 통해 전기장은 거리와 반비례함을 알 수 있다.

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아주대학교 물리학실험 Faraday의 얼음통 실험 평가A+최고예요

결과보고서제목 : Faraday의 얼음통 실험학부 학년 학번 : 이름 :날짜 : 조 : 공동실험자 :[1] 측정값실험 1전하량 측정(전위계의 전압)횟수얼음통에 접촉안함얼음통에 접촉함얼음통 접지(PUSH TO ZERO)후 막대를 얼음통에 넣었을 때넣었을 때꺼냈을 때넣었을 때꺼냈을 때백색*************42326026251청색1-241-24-17-72-50-52-63-181-18-9-9실험 2증명판 + 푸른색푸른색 -2 증명판 1증명판 + 흰색흰색 -2 증명판 8정전기 서열 증명판 ＞ 흰색 ＞ 푸른색흰색 + 푸른색 (얼음통 안) 마찰 후1개 ( 푸른 색) 제거모두 제거0분: 0 1분: 1 2분: 2110실험 3표면전하밀도 측정* 좌우 방향은 그림 12.2와 같이 구 A가 왼편, B가 오른편이 되도록 설정한다.두 구 사이의 거리구 B에서 전하추출왼쪽앞뒤위아래오른쪽10 cm(접지 후)-1000012 cm-4111012 cm(접지 후)-600001구 A (1000 V)에서 전하추출2 cm(접지 후)334446[2] 토의1. 질문에 대한 검토질문 1. 마찰판의 전하량과 얼음통의 내부 금속통에 유도된 전하량에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있는가?실험 전에 접지시켜 영전위임을 확인한 흰색판과 푸른색판을 서로 마찰시켰다. 마찰직후의 판들을 각각 금속통에 닿지 않게 집어넣었더니, 금속통의 전위값이 흰색판의 경우 양의 값, 푸른색판의 경우 음의 값을 띄었다. 이는 마찰을 통해 흰색판에서 푸른색판으로 전자가 이동하여 흰색판은 전자를 잃은만큼 양전하를 띄고 푸른색판은 전자를 얻은만큼 음전하를 띄게 된 것을 의미한다. 또한 마찰판이 가진 전하량에 의해 내부 금속통의 전하량이 변화하였는데. 이는 전하의 성질 때문이다. 전하는 서로 부호가 같으면 밀어내고 다르면 가까워지려고 한다. 따라서 + 또는 -를 띄는 마찰판을 금속통에 집어넣으면, 내부 금속통과 외부 금속통의 전하들이 연결된 도선을 통해 이동하여 전하의 분포가 바뀐다. 내부 금속통은 마찰판과 다른 부호의 전하를, 외부 금속통은 마찰판과 같은 부호의 전하를 띄게 된다.질문 2. 왜 구 B에는 접지시킨 후에도 전하가 남아있는가? 구 A의 왼편(그림 12.2b 참조)에 전하가 있는가, 없는가? 이 현상을 어떻게 설명하겠는가?우리 실험에서는 접지 이후에 구 B의 왼쪽(구 A와 마주보고 있는 쪽)에서 전하가 -6만큼 추출되었다. 접지 이후에도 전하가 남아있는 이유는 구A의 +전하와 구 B의 -전하 사이에서 작용하고 있는 인력이 접지시키는 힘보다 더 크기 때문이다.또한 구 A의 왼편에서 3만큼의 전하가 추출되었다. 구 A에 1000V를 공급하면서 구 A는 양전하를 띄게 되었고, 구 A의 양전하와 구 B에 있는 음전하가 서로를 잡아당긴다. 그와 동시에 구 A 내의 양전하끼리 서로 밀어내는데, 이가 구 B 내의 음전하와 상호작용하는 힘보다 더 크다. 따라서 구 B의 반대편인 구 A의 왼편에서도 양전하가 검출되는 것이다.2. 실험과정 및 결과에 대한 검토이번 실험을 통해 마찰전기와 정전기유도 현상에 대해 알아보았다.실험 1과 실험 2에서는 마찰판과 얼음통을 이용하여 전하량을 측정하였다. 먼저 두 판(흰색과 푸른색판으로 서로 다른 성질을 가진 물질로 덮여있다.)과 얼음통을 접지시켜 전하량이 0이 되도록 했다. 마찰판의 전하량이 0임을 확인하는 방법으로는 질문 1에서 이야기한 바와 같이 판을 각각 얼음통에 접촉하지 않도록 넣어서 얼음통의 외부 금속통의 전하량을 측정하는 방법을 사용했다. 확인 후 두 판을 서로 마찰시켜 정전기를 유도하였다. 두 물체가 대전된 것도 위의 방법을 통해서 확인하였다. 그 다음에는 영전하가 아닌 판을 얼음통에 접촉시킨 상태와 꺼냈을 때의 전하량을 측정하였다. 접촉하지 않은 채로 판을 넣었을 때와 얼음통에 접촉시킨채로 판을 넣었을 때의 전하량은 똑같이 측정되었다. 그러나 판을 접촉시킨 후 꺼냈을 때에는 더 이상 얼음통의 전하량이 0이 아닌 판을 접촉시키고 있을 동안의 전하량과 같거나 그와 비슷한 전하량을 보였다. 이 얼음통을 접지하여 다시 영전하로 만들고 막대를 넣었더니 ‘얼음통에 판을 접촉하고 있을 때 얼음통의 전하량’에서 ‘접촉 후 판을 꺼냈을 때 얼음통의 전하량’을 뺀 값이 측정되었다. 즉, 판의 전자, 또는 얼음통의 전자가 이동한 것이다.이와 같은 방법으로 증명판과 푸른색판, 증명판과 흰색판끼리 실험하여 마찰시 누가 양전하를 띄고 누가 음전하를 띄는지를 알아보았다. 실험 1의 결과와 실험 2의 결과를 통해 정전기 서열이 ‘증명판>흰색>푸른색’임을 알 수 있었다. 즉, 셋 중에서 마찰을 하면 증명판은 무조건 +로 대전되고, 푸른색은 무조건 -로 대전된다는 것이다.또한 흰색과 푸른색 판을 마찰시켜 얼음통 안에 닿지 않게 넣고 2분 동안 전하량이 어떻게 변하는지 측정하였다. 처음에 넣었을 때 전하량은 0이었다. 흰색과 푸른색 판 사이에서 전하가 이동한 것이기 때문에 전체 전하량이 보존된 것이다. 그러나 시간이 지나면서 1분에 전하량이 1씩 증가하는 것을 볼 수 있었다. 2분이 지난 후 푸른색판을 제거하자 전하량은 11을 기록하였고, 흰색판도 제거하자 전하량이 0이 되었다.실험 3에서는 가장 먼저 구 A에 1000V를 공급하고, 구 B를 접지한 채로 10cm 정도 떨어뜨려 실험을 진행하였다. 실험은 구 B의 상하좌우전후의 전하를 추출하는 것이었는데, 구 B의 왼쪽(구 A와 마주보고 있는 부분)에서 -1, 반대편인 오른쪽에서는 1, 그 외의 다른 부분에서는 0의 전하량을 추출하였다. 그 후 구의 간격을 2cm로 좁히고 측정하였을 때 왼쪽은 -4, 전후와 위, 오른쪽에 1의 전하량을 띄었다. 두 경우의 전하량의 총합은 모두 0으로 같지만 구의 거리가 더 가까운 두 번째 경우에 구 B의 왼편에서 -전하가 더 많이 측정되었다. 전기력은 전하의 거리의 제곱에 반비례하는데 이 때문에 두 번째 경우에서 구 A의 양전하와 구 B의 음전하가 더 크게 상호작용한 것이다. 두 번째 경우에서 구 B를 접지시킨 후 다시 전하를 추출했는데 왼쪽에서 -6, 오른쪽에서 1, 그 외에는 0으로 측정되었다. 접지되면 물체는 0으로 대전되지만 구 B가 다 더해서 -5인 이유로는 질문 2에서 다룬 바와 같이 구 A의 양전하와 서로 작용하는 인력이 접지시키는 힘보다 더 커서 음전하가 남아있을 것으로 추측하였다. 또한 구 A에서 전하를 추출하였을 때 오른쪽(구 B와 마주보는 방향)에서 6, 왼쪽은 3, 그 외에 부분에서는 3~4가 기록되었다. 오른쪽에 가장 큰 전하량이 추출된 이유는 구 B의 음전하와 서로 잡아당기고 있기 때문이다. 또한 구 A의 왼쪽(구 B와 마주보는 쪽의 반대편)에서도 양전하가 추출되었는데, 이는 질문 2에서 다룬 것처럼 구 A내의 양전하끼리 서로 밀어내는 힘에 의해 구 A의 왼쪽에도 양전하가 분포하는 것이다.

자연과학| 2020.04.10| 4페이지| 1,000원| 조회(459)

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