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[일반물리실험 2-광섬유를 이용한 빛의 속력 측정] 중앙대학교 전자전기공학부 1-2 A+ 결과보고서 평가A+최고예요

결과보고서[1] 실험값○ 진공에서의 빛의 속력 c = 2.99792458TIMES10 ^{8} m/s(1) 실험 1 ? 10m 길이의 광섬유 케이블 사용회t _{0.5m}(ns)t _{10m}(ns)v (m/s)c _{실험}(m/s){c-c _{실험}} over {c} TIMES100(%)115.063.01.98 TIMES10 ^{8}2.96 TIMES10 ^{8}1.21223.571.02.00 TIMES10 ^{8}2.99 TIMES10 ^{8} 0.198362.0109.52.00 TIMES10 ^{8}2.99 TIMES10 ^{8} 0.198평균33.581.21.99 TIMES10 ^{8}2.98 TIMES10 ^{8}0.535(2) 실험 2 ? 20m 길이의 광섬유 케이블 사용회t _{0.5m}(ns)t _{20m}(ns)v (m/s)c _{실험}(m/s){c-c _{실험}} over {c} TIMES100(%)160.01591.97 TIMES10 ^{8}2.95 TIMES10 ^{8}1.60261.01582.01 TIMES10 ^{8}3.01 TIMES10 ^{8}-0.006321.51201.98 TIMES10 ^{8}2.96 TIMES10 ^{8} 1.21평균47.51461.99 TIMES10 ^{8}2.98 TIMES10 ^{8}0.935△ 표 2 실험 2의 결과값 요약회TRIANGLEt(ns)c _{실험}(m/s)오차값오차율(%)199.02.95 TIMES10 ^{8}0.79TIMES10 ^{6}1.60297.03.01 TIMES10 ^{8}-0.01TIMES10 ^{6}-0.006398.52.96 TIMES10 ^{8}3.79TIMES10 ^{6}1.21평균0.935[2] 결과분석△ 표 1 실험 1의 결과값 요약회TRIANGLEt(ns)c _{실험}(m/s)오차값오차율(%)148.02.96 TIMES10 ^{8}3.79TIMES10 ^{6}1.21247.52.99 TIMES10 ^{8}0.79TIMES10 ^{6}0.198347.52.99 TIMES10 ^{8}0.79TIMES10 ^{6}0.198평균0.535왼쪽 표는 실험 1에서t _{0.5m},t _{10m}의 차인TRIANGLEt와 빛의 속도의 실험값, 참값과 실험값의 오차와 그 오차율을 구한 표이다. 실험값을 바탕으로 요약한 결과이다. 실험 1의 오차율의 평균은 0.535%이다.왼쪽 표는 실험 2에서t _{0.5m},t _{10m}의 차인TRIANGLEt와 빛의 속도의 실험값, 참값과 실험값의 오차와 그 오차율을 구한 표이다. 실험값을 바탕으로 요약했다. 실험 2의 오차율의 평균은 0.935%이다.오차율의 평균은 실험 2에 비해 실험 1에서 더 작게 나왔다. 또한 실험 2의 2회차에서는 오차율이 음수의 값이 나왔기 때문에 전체적으로 실험 1이 더 오차가 작은 실험임을 알 수 있다.TRIANGLEt는 각 실험에서 오실로스코프 화면에 나타난 reference 신호와 delay 신호의 파형에서 최고점에서의 시간을 구하고 이 두 시간의 차이이다. c의 실험값은 v에 코어의 굴절률(n) 1.496을 곱하여 나온 값이다. v는TRIANGLE`L (광섬유 케이블의 길이의 차)를TRIANGLEt로 나눈 값이다.위 공식을 이용하여 c의 참값에 대한TRIANGLEt의 값TRIANGLEt _{참값}를 구해보겠다.v= {c _{참값}} over {n} ,TRIANGLEt= {TRIANGLE`L} over {v}실험 1:TRIANGLEt _{참값} = 47.4061292 ns실험 2:TRIANGLEt _{참값} = 97.307318 ns아래의 그래프는TRIANGLEt와 c의 참값과 실험값 간의 비교를 더 쉽게 하기 위해 작성한 그래프이다.이번 실험을 통해 측정한 빛의 속력은 유한하다는 것을 확인할 수 있다. 또한 매질에서의 광속의 실험값 v는 광속의 참값보다 항상 작은 것을 보아 진공에서보다 매질에서 진행했을 때 광속이 더 느림을 알 수 있다. 광섬유에서 흐르는 빛은 진공에서가 아닌 매질에서 흐른 것이기 때문에 실험값이 참값보다 작게 나옴을 확인할 수 있다. 더 자세한 것은 [3] 오차 논의 및 검토 항목에서 다룰 예정이다.예외적으로 실험 2의 2회차에서 음수값 즉, 측정한 빛의 속도가 빛의 참값보다 크게 나왔다. 이는 빛의 속도보다 더 빠르다는 뜻인데 아직까지 빛보다 빠른 것은 없으며 다수의 오차율의 값이 양의 값이 나왔기 때문에 이 측정값에 대한 오차 원인 또한 [3] 오차 논의 및 검토에서 논의할 예정이다.[3] 오차 논의 및 검토(1) 시간 측정의 오류TRIANGLEt를 구하기 위해 오실로스코프에 나타나는 delay 신호와 reference 신호의 그래프에서 최고점에서의 시간을 읽어야 한다. 하지만 그래프의 선이 커서의 선 두께보다 두꺼워 최고점을 제대로 읽지 못한 경우가 발생할 수 있다.자동 트리거 모드로 설정하였기 때문에 시간축의 크기는 자동으로 설정되었다. 커서를 움직이며 시간 값을 읽으면서 [VARIABLE] 노브를 한 번 돌릴 때 0.5ns씩 차이가 났기 때문에 시간축의 최소 눈금단위를 0.5ns로 설정하여 오차를 구해보겠다. 측정 시 오차의 한계는 최소 눈금 단위의 1/2배이므로 오차의 한계는 ?0.25ns~0.25ns이다.실험에서 오차율의 절댓값은 가장 작았지만 음수의 오차율이 나왔던 실험 2의 2회차에 적용해보겠다. 이번 실험에서는TRIANGLEt를 대입하여 빛의 속력의 실험값을 구하기 때문에t _{0.5m},t _{20m}에 동시에 0.25ns를 더하거나 동시에 0.25ns를 빼서 구하면TRIANGLEt의 값이 원래의 실험값과 달라질게 없다. 이렇게 되면 오차의 한계를 따지는 것이 의미가 없어진다. 따라서 극단적으로 생각하여t _{0.5m}에 0.25를 더할 때t _{20m}에 0.25를 빼거나 그 반대의 경우로 생각하여 측정의 오류에 대해 논의하고자 한다.회t _{0.5m}(ns)t _{20m}(ns)v (m/s)c _{실험}{c-c _{실험}} over {c} TIMES100(%)2-(1)60.75158.252.00 TIMES10 ^{8}2.992 TIMES10 ^{8}0.0022-(2)61.25157.752.02072 TIMES10 ^{8}3.023 TIMES10 ^{8}-0.008*보고서에서 유효숫자를 3개로 하였지만 이번에는 더 정확한 값을 알기 위해 유효숫자를 무시하도록 하겠다.*실험값은 왼쪽에서부터 각각 (61.0ns, 158ns,2.01 TIMES10 ^{8}m/s,3.01 TIMES10 ^{8}m/s, -0.006%)였다.위 표에 따르면 2-(1)에서 양수의 오차율이 나왔으며 원래의 오차율인 ?0.006%가 크게는 ?0.008부터 작게는 0.002까지로 달라질 수 있다. 이를 통해 측정의 오류로 오차가 발생했을 수 있음을 알 수 있으며 특히 음수의 오차율이 나와 진공에서의 빛의 속력보다 더 큰 속력이 나왔던 실험 2의 2회차는 시간 측정 시 오류가 발생했을 가능성이 크다고 생각할 수 있다.(2) 광섬유에서 빛의 반사로 인한 시간차광섬유는 코어 내부의 전반사의 원리를 이용한다. 클레딩의 굴절률이 코어보다 작기 때문에 코어 안에 임계각보다 큰 입사각으로 빛을 입사시키면 빛은 세기를 거의 잃지 않고 코어와 클레딩의 경계면에서 전반사를 반복하며 코어를 따라 진행한다. 하지만 이 과정에서 빛의 속력의 실험값이 빛의 속력의 참값보다 작은 이유를 추론할 수 있다.그림 1 광섬유 내부 전반사그림 1을 보면 광원에서 나온 빛은 코어와 클래딩의 경계면에서 계속 반사하며 진행한다. 진공에서의 빛은 가장 짧은 경로로 진행하는 반면 광섬유 내부에서는 전반사가 일어나며 이동하는 거리가 더 크다. 따라서 진공에서의 빛의 속력인 참값보다 측정값이 더 작은 이유를 이로부터 알 수 있다.또한 실험 1과 2를 비교하였을 때 오차율이 1에서 더 작았다. 그 이유가 실험에서 사용한 케이블의 길이가 실험 1에서는 10m, 2에서는 20m로 실험 2에서 케이블의 길이가 더 길기 때문에 반사가 더 많이 일어나서 오차율이 실험 2에서 더 큼을 추론할 수 있다. 빛의 속력이 이동 경로의 차이에 비해 굉장히 빨라 시간을 구하는데에 있어서 이 오차 요인이 크게 작용하지는 않을 수 있지만 그래도 실험에서의 오차에 기여를 했을 것이라 생각한다.

공학/기술| 2020.07.12| 5페이지| 1,000원| 조회(408)

광섬유, 결과보고서, 중앙대, A+, 1학년, 전자전기공학부, 결과레포트, 일반물리실..

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[일반물리실험 2-기초자기장, 전기장유도 실험] 중앙대학교 전자전기공학부 1-2 A+ 결과보고서 (직접작성함) 평가A+최고예요

기초자기장 & 전기장 유도실험결과보고서[1] 실험값○ ‘3. 실험’의 과정 중에 주어진 물음에 대한 답을 기술하시오.· 물음 1: 자기장 내에 수직하게 입사한 하전입자는 원궤도 운동을 하는가?결과: 예이유: 전자는 자기장 내에서 운동할 때 속도의 방향과 자기장의 방향에 수직인 성분의 방향으로 자기력을 받는다. ({vec{F _{B}}} =q {vec{v}} TIMES {vec{B}}) 실험 1에서 전자를 자기장에 수직하게 입사시켰으므로{vec{v}}와{vec{B}}는 수직이다. q는 전자의 전하량을 나타내므로 ?e이다. 따라서 전자가 받는 자기력의 방향은 원 궤도의 중심을 향하는 방향이므로 자기장 내에 수직하게 입사한 하전입자는 원궤도 운동을 한다.· 물음 2: 전류를 증가시켜 자기장을 크게 하면, 원궤도의 반경은 이전에 비해 어떠한가?결과: 작아진다.이유:{vec{F _{B}}} =q {vec{v}} TIMES {vec{B}}에서 q=-e이고 속도와 자기장이 이루는 방향은 수직이므로F _{B} =-evB이다.sum _{i} ^{} {vec{F _{i}}} =-evB {hat{r}} =- {mv ^{2}} over {r} {hat{r}} (r은 원궤도의 반지름) (2)식 (2)에서 r=mv/eB-------(3)식 (3)에 의해 자기장과 원궤도의 반지름은 반비례한다. 따라서 전류를 증가시켜 자기장을 크게 하면 원궤도의 반경은 이전에 비해 작아진다.· 물음 3: 전압을 증가시켜 전자의 속력을 크게 하면, 원궤도의 반경은 이전에 비해 어떠한가?결과: 커진다.이유: 식 (3)에서 원궤도의 반경과 속력은 비례한다. 따라서 전압을 증가시켜 전자의 속력을 크게 하면 원 궤도의 반경은 이전에 비해 커진다.· 물음 6: 전류가 흐르는 도선 고리의 양 단면은 서로 같은 자극 (N극과 S극)을 띄는가? 아니면 다른 자극을 띄는가?결과: 다른 자극이유: 도선 고리의 한쪽 면에 가까이 가져가 봤을 때 가까이 끌려왔고 반대쪽 면에 가까이 가져가 봤을 때 멀어져갔다. 한쪽 면은 인력, 반대쪽 면은 척력이 작용하였으므로 두 면은 서로 다른 자극을 띄고 있다.· 물음 7: 도선에 흐르는 전류의 세기와 도선이 휘는 정도 (도선이 받는 힘)와의 상관관계는 어떠한가?결과: 비례한다. (전류가 커질수록 도선이 더 많이 휜다.)이유: 전류가 흐르는 도선이 자기장 내에 놓여있을 때 이 도선이 받는 자기력은d {vec{F}} =Id {vec{l}} TIMES {vec{B}} (d {vec{l}}은 도선의 선분 요소)------- (4) 와 같다.따라서 식 (4)에 의해 도선에 흐르는 전류가 클수록 전류 도선이 받는 자기력은 커진다.· 물음 8: 도선에 흐르는 전류의 방향을 바꾸어 실험하였을 때, 도선이 휘는 방향은 전류가 방향을 바꾸기 전과 비교하여 어떻게 되는가?결과: 반대이다.(달라진다)이유: 식 (4)에서 전류의 흐름 방향이 바뀌어d {vec{l}}의 방향이 반대로 바뀌므로 전류의 방향이 바뀌면 도선이 휘는 방향은 전류가 방향을 바꾸기 전과 반대이다.또한 플레밍의 왼손 법칙을 이용하면 힘의 방향이 도선이 휘는 방향이므로 방향이 바뀌는 것을 확인할 수 있다.· 물음 9: 이상의 실험결과로부터 ‘자기력 실험장치’의 자석의 윗면은 무슨 극이라고 할 수 있겠는가?결과: N극이유: 자기력 실험장치의 도선의 왼쪽을 ?단자, 오른쪽을 +단자에 연결하였을 때 도선의 오른쪽을 동쪽이라 하면 도선은 북쪽으로 휘었다.-+(실험 결과를 그림으로 나타내면 위 그림과 같다.)또한 단자의 위치를 반대로 하였을 때 도선이 휘는 방향은 위와 반대였다.전류는 +에서 ?로 흐르므로 전류는 왼쪽으로 흐른다. 따라서 플레밍의 왼손법칙을 적용하면 자기장은 위쪽 방향(실험장치를 뚫고 나오는 방향)으로 작용한다. 자석 외부에서의 자기장의 방향은 N->S이고 자기력선은 N극에서 나오므로 자석의 윗면은 N극이다.· 물음 10: 실험과정 ? ~ ④의 관찰 내용을 기술하여라.실험 ?: 자석을 넣었다 뺐다 할 때 유도전류가 발생한다. 넣을 때 검류계 바늘의 방향은 오른쪽 (+), 뺄 때 검류계 바늘의 방향은 왼쪽 (-)이유: 렌츠의 법칙에 의해 코일을 통과하는 자기선속이 변할 때 이 코일에 유도되는 유도전류는 자기장의 변화를 방해하려는 방향으로 생성된다.자석을 넣을 때 코일 단면을 통과하는 자기장이 커지므로 유도전류는 코일 단면을 통과하는 자기장의 반대방향으로 작용한다. 자석을 뺄 때는 코일을 통과하는 자기장이 감소하므로 유도전류는 코일을 통과하는 자기장의 방향으로 작용한다.실험 ③: 속력을 빠르게 하면 전류의 크기가 커진다. 속력을 느리게 하면 전류의 크기가 작아진다.이유: 패러데이의 유도법칙을 따른다. (물음 11)실험 ④: 원기둥형 자석을 추가하면 유도전류의 세기가 커진다. 직렬로 연결한 원기둥형 자석을 감소시키면 유도전류의 세기가 작아진다.이유: 패러데이의 유도법칙을 따른다. (물음 11)· 물음 11: 실험과정 ⑤ ~ ⑥의 관찰 내용을 기술하여라.실험 ⑤: 자석의 각도를 변화시키면 사각코일에 유도전류가 발생한다.이유: 패러데이의 유도 법칙을 따른다. (물음 11)실험 ⑥: 사각코일에 비해 감은수가 상대적으로 적은 원형코일과 솔레노이드는 전류의 크기가 사각코일에 비해 작다.이유: 패러데이의 유도 법칙을 따른다. (물음 11)· 물음 12: 실험 과정 ⑦의 확인 사항을 기술하여라.패러데이의 유도법칙은 ‘도선 고리에 유도되는 기전력은 도선고리를 통과하는 자기선속의 시간에 대한 변화율과 같다’이다. 식으로 기술하면 식 (5)와 같다.epsilon=-N {TRIANGLE PHI _{B}} over {TRIANGLEt} (PHI _{B} = {vec{B}} BULLET {vec{A}}) ---------- (5)실험 ?: 자석을 넣고 뺄 때 코일 단면을 통과하는 자기력선의 수 (자기장의 세기)가 변하므로 자기선속이 변화한다. 패러데이의 유도법칙(식 (9))에 의해 유도기전력이 발생하여 유도전류가 생긴다. 따라서 패러데이의 유도법칙을 따르는 것을 확인할 수 있다.실험 ③: 자석을 넣었다 뺐다 하는 속력이 변하면 자기선속이 변하여 유도기전력이 발생하고 유도전류가 생긴다. 속력이 증가하면 자기선속의 시간 변화율이 감소하므로 유도전류의 세기가 커진다. 반대로 속력이 감소하면 자기선속의 시간 변화율이 증가하므로 유도전류가 작아진다. 이는 식 (5)의 패러데이의 유도법칙 따르는 것을 확인할 수 있다.실험 ④: 원기둥형 자석을 추가하면 자기장의 세기가 커지므로 자기선속이 증가한다. 이때 유도전류의 세기가 커졌다. 반대로 자석을 떼어내면 자기장의 세기가 감소하므로 자기선속이 감소한다. 이때 유도전류의 세기가 감소하였다. 따라서 패러데이의 유도법칙을 확인할 수 있다.실험 ⑤; 자석의 각도를 변화시키면 사각코일에 유도전류가 발생하였다. 자석의 각도를 변화시키면 사각 코일의 단면과 자석이 만드는 자기장이 이루는 각이 변화하여 코일 단면을 통과하는 자기장의 세기가 변화하기 때문이다. 자기장의 세기가 변화하면 자기선속도 변화하여 유도기전력이 발생하여 유도전류가 흐르게 된다. 따라서 패러데이의 유도 법칙을 확인할 수 있다.실험 ⑥: 코일의 감은수가 감소하였을 때 유도전류의 세기도 감소하였다. 이는 패러데이의 유도법칙을 따름을 알 수 있다.· 물음 13: 3개의 발광 다이오드 중 어느 높이의 발광 다이오드가 가장 밝게 빛을 내는가? 그리고 왜 그럴까?결과: 노란색 발광 다이오드가 가장 밝게 빛을 낸다.이유: 물체를 낙하시킬 때 그 물체의 위치가 낮을수록 속력이 크다. 자석의 낙하 속력이 커지면 자기선속의 시간변화가 커져서 코일에 더 큰 유도전류가 발생한다. 노란색 발광 다이오드 는 가장 낮은 높이이므로 자석의 낙하 속력이 가장 크다. 따라서 코일에 발생하는 유도전류가 가장 크므로 가장 밝게 빛을 내는 다이오드는 노란색 발광 다이오드이다.

공학/기술| 2020.07.12| 5페이지| 1,000원| 조회(366)

결과보고서, 중앙대, A+, 1학년, 전기장, 전자전기공학부, 결과레포트, 일반물리실..

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[일반물리실험 2-Wheatstone Bridge를 이용한 미지저항 측정] 중앙대학교 전자전기공학부 1-2 A+ 결과보고서 (직접작성함)

결과 보고서[1] 실험값(1) 과정 (1)과 (2)의 저항값? 기지저항(R_{s})의 색띠 저항값R_{s}^{색띠}와 멀티미터 측정값R _{s}^{멀티}저항 번호색띠의 색상색띠의 각 자릿수 값R_{s}^{색띠}(OMEGA)R _{s}^{멀티}(OMEGA)1K갈-검-검-갈-갈1-0-0-1-+-1%100x10^1+-109985K초-검-검-갈-갈5-0-0-1-+-1%500x10^1+-50498010K갈-검-검-빨-갈1-0-0-2-+-1%100x10 ^{2}+-100996015K갈-초-검-빨-갈1-5-0-2-+-1%150x10 ^{2}+-1501491020K빨-검-검-빨-갈2-0-0-2-+-1%200x10 ^{2}+-20019910? 미지저항(R _{x})의 색띠 저항값R_{s}^{색띠}와 멀티미터 측정값R _{s}^{멀티}저항 번호색띠의 색상색띠의 각 자릿수 값R_{s}^{색띠}(OMEGA)R _{s}^{멀티}(OMEGA)1갈-초-검-갈-갈1-5-0-1-+-1%150x10^1+-1514752노-보-검-검-갈4-7-0-0-+-1%470x10 ^{0}+-104673주-검-검-갈-갈3-0-0-1-+-1%300x10^1+-1029984회-빨-검-갈-갈8-2-0-1-+-1%820x10^1+-1081805흰-검-검-검-갈9-0-0-0-+-1%900x10 ^{0}+-108996갈-빨-검-빨-갈1-5-0-1-+-1%150x10^1+-10119207초-파-검-검-갈1-2-0-2-+-1%120x10 ^{2}+-105588빨-빨-검-갈-갈5-6-0-0-+-1%560x10 ^{0}+-1021989갈-회-검-빨-갈2-2-0-1-+-1%220x10^1+-101790010노-보-검-갈-갈1-8-0-2-+-1%180x10 ^{2}+-10466011초-초-검-갈-갈4-7-0-1-+-1%470x10^1+-10556012빨-노-검-갈-갈2-4-0-1-+-1%240x10^1+-102396(2) 과정 (3)의 저항선의 길이 측정값: L=199.6 mm(3) 미지저항의 선택 1 ? 1번 저항○ 멀티미터를_1 (mm)l_2 (mm)80.7118.914701.6780.7118.914701.6780.7118.914701.67평균14701.67R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)4980l_1 (mm)l_2 (mm)156.343.3013807.69156.243.4013847.42156.243.4013847.42평균13847.51(4) 미지저항의 선택 2 ? 5번 저항○ 멀티미터를 이용하여 측정한 미지저항의 저항값R_{x}^멀티: 899OMEGAR _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)4980l_1 (mm)l_2 (mm)170.229.4860.24.31170.129.5863.73.93170.329.3856.84.69평균860.24.31R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)998l_1 (mm)l_2 (mm)106.693.0870.73.15106.693.0870.73.15106.593.1872.42.96평균871.33.09(5) 미지저항의 선택 4 ? 9번 저항○ 멀티미터를 이용하여 측정한 미지저항의 저항값R_{x}^멀티: 17900OMEGAR _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)4980l_1 (mm)l_2 (mm)44.30155.3174582.4744.30155.3174582.4744.30155.3174582.47평균174582.47R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x2.18평균175092.18(6) 미지저항의 선택 3 ? 12번 저항○ 멀티미터를 이용하여 측정한 미지저항의 저항값R_{x}^멀티: 2396OMEGAR _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)998l_1 (mm)l_2 (mm)59.10140.523730.9559.10140.523730.9559.10140.523730.95평균23730.95R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{x}^{WB}} over {R _{x}^{멀티}} TIMES100)(%)4980l_1 (mm)l_2 (mm)137.062.622765.00137.062.622765.00137.062.622765.00평균22765.00[2] 결과 분석모든 실험에서 실험값이 참값보다 작게 나왔는데 이는 [3] 오차논의-? 항목 에서 다루고자 한다.실험 (3)에서 미지저항을 1번 저항으로 선택하였고 미지저항의 참값은 1495이다. 첫 번째 실험에서는 기지저항을 1K로 하여 미지저항의 실험값은 1470Ω이고 오차는 약 1.6%이다. 두 번째 실험에서는 기지저항을 5K로 하여 미지저항의 실험값은 1380Ω이고 오차는 약 7.5%이다.실험 (4)에서 미지저항을 5번 저항으로 선택하였고 미지저항의 참값은 899Ω이다. 첫 번째 실험에서는 기지저항을 5K로 하여 미지저항의 실험값은 860.2Ω이고 오차는 약 4.3%이다. 두 번째 실험에서는 기지저항을 1K로 하여 미지저항의 실험값은 871.3Ω이고 오차는 약 3%이다.실험 (5)에서 미지저항을 9번으로 선택하였고 미지저항의 참값은 17900Ω이다. 첫 번째 실험에서는 기지저항을 5K로 하여 미지저항의 실험값은 17458Ω이고 오차는 약 2.4%이다. 두 번째 실험에서는 기지저항을 15K로 하여 미지저항의 실험값은 17509Ω이고 오차는 약 2.2%이약 5%이다.이 실험에서 각 실험마다 사용한 기지저항은 1K, 5K, 15K이고 이중 5K는 모든 실험에서 사용하였다. 아래 그래프는 1K, 5K 기지저항을 대조군으로 하여 각 기지저항 별로 미지저항의 참값과 실험값의 오차를 나타내었다.위 그래프와 같이 기지저항을 5K로 선택한 실험은 모두 참값과의 오차가 다른 기지저항을 선택했을 때보다 크게 나온다. 이에 따르면 만일 기지저항 값을 다른 것으로 선택했다면 참값과 실험값 간의 오차를 줄일 수 있을 것으로 예상한다. 하지만 오차율이 모두 10% 미만이므로 크게 문제가 되지는 않을 것으로 본다.[3] 오차 논의 및 검토? 버니어 캘리퍼스를 이용한 길이 측정의 오류R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차998l_1 (mm)l_2 (mm)80.2119.414860.6081.2118.414413.61이 실험에서R_{x}^{WB}의 실험값을 측정하기 위해 버니어 캘리퍼스를 사용하였다. 버니어 캘리퍼스에 부착된 ‘슬라이딩 Probe’를 움직여가며 Wheatstone Bridge 시스템의 계기판이 0.00㎂을 가리킬 때를 찾아 그때의 저항선의 한 부분의 길이를 측정하는 것이 주된 것 이였다. 이 과정에서 버니어 캘리퍼스의 어미자와 아들자의 눈금이 아주 작은 관계로 관찰자의 시선 방향에 의해 눈금을 읽는 데 문제가 발생할 수 있을 것이다. 만약 어미자의 눈금 측정에서 오류가 발생했다고 가정해보자. 어미자의 최소 눈금 단위는 1mm이다. 오차의 한계는 최소 눈금의 1/2로 하므로 ?0.5mm~0.5mm로 설정하여 실험 (3)의 첫 실험에 적용하면 다음과 같다.이번에는 아들자의 눈금을 잘 못 읽었다고 가정해보자. 아들자의 최소 눈금 단위는 0.25mm이므로 오차의 범위를 ?0.125mm~0.125mm로 설정하여 위와 마찬가지로 과정 (3)의 실험 2번에 적용하면 다음과 같다.R _{s}^{멀티}(OMEGA)저항선의 위치R_{x}^{WB} (OMEGA)오차( {R _{x}^{멀티} -R _{오류에서의 오차의 한계가 소수점 셋째 자리까지이므로 유효숫자를 고려하지 않고 위와 같이 나타내었다.위 두 결과를 종합해보면 오차는 원래 값인 1.7에서 작게는 0.6, 크게는 3.6까지 변할 수 있다. 실험 오류가 항상 이렇게 발생하는 것은 아니지만 읽어야 할 눈금이 작은 관계로 관찰자의 시선 각도에 따라 차이가 많이 날 수도 있으므로 다루어 보았다. 이 실험에서는 최대한 정확히 측정하였다.? 검류계에서의 전류이 실험은 Wheatstone Bridge 시스템의 계기판이 0.00㎂를 가리킬 때 즉, 검류계에 전류가 흐르지 않을 때를 고려하였다. 하지만 계기판에 나타나는 숫자가 0.00㎂로 멈춰있을 때도 있었지만 0.01㎂와 오락가락 할 때도 있었다. 그림 1을 참고로 하여 검류계에 전류가 흐르지 않는다고 가정해보자.그림 2 Wheatstone Bridge 회로I _{k} R _{k} =I _{2} R _{2}#I _{x} R _{x} =I _{1} R _{1} 이고I _{x} =I _{k} ,````I _{1} =I _{2} 이므로{I _{x} R _{x}} over {I _{k} R _{k}} = {I _{1} R _{1}} over {I _{2} R _{2}} 이다.그런데 검류계에 전류가 흐르면 옴의 법칙에 의해R _{k}가 더 작아진다. 실험에서는R _{x}^멀티의 값이 참값보다 작게 나오게 되는 것이다. 검류계에 흐르는 전류의 측정 범위는 소수점 아래 둘째 자리까지이므로 계기판에서는 0.00으로 나타나도 실제로는 0이 아니라 검류계에 미세하게 전류가 흐를 수 있다. 전체적인 실험 결과가 참값보다 실험값이 작게 측정되었는데 이 요인도 작용했을 것으로 본다. 만일 검류계에 흐르는 전류가 정확히 0인 상태를 찾는 것이 가능하다면 오차를 더 줄일 수 있었을 것이다.③ 저항의 미세한 변화마지막 요인으로 저항의 미세한 변화가 있다. 이 실험에서 사용한 Wheatstone Bridge는 실험자가 임의로 설계하는 것이 아닌 이미 설계되어 나온 제품으로 어느 부분에 이상

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[전기회로설계실습-설계실습 8 인덕터 및 RL회로의 과도응답 (Transient Response)] 중앙대학교 전자전기공학부 2-2 A+ 예비보고서

설계실습 8 인덕터 및 RL회로의 과도응답 (Transient Response)설계실습계획서3.0 Time constant가 10us인 RL 직렬회로를 설계하여 제출하라.실험 준비물에서 인덕터는 10mH이므로 L/R이 10us가 되기 위해서는 1kΩ인 저항을 사용하여 위와 같이 설계할 수 있다.3.1 Function generator(+) - 저항 ? 인덕터(10mH) - Function generator(-)의 순서로 연결된 회로에서 time constant를 10us로 하고자 할 때 저항을 계산하라. Function generator의 출력을 1V의 사각파(high=1V, low=0V, duty cycle=50%)로 할 경우 time constanttau를 오실로스코프로 측정하려면 주파수는 얼마정도로 하는 것이 좋은지를 결정하고 이 결과를 이용하여 저항전압(=전류x저항), 인덕터 전압의 예상파형을 그래프로 그려서 제출하라.)가능한 한 PC의 EXCEL을 사용)time constant가 10us이고 인덕터는 10mH이므로 저항은 10^(5)x10^(-2)=1kΩ이다.time constant를 측정하기 위해서 사각파의 반주기를 10tau로 하면 충, 방전 과정을 완전히 볼 수 있으므로 주파수는f= {1} over {T} = {1} over {20 tau} =5000Hz=5kHz이므로 5kHz정도로 하는 것이 좋다. 저항전압, 인덕터 전압의 예상파형은 아래의 그래프와 같다. 100us 이후로는 파형이 y축 대칭으로 변화한다.3.2 실험 3.1의 회로에서 Function generator 출력(CH1)과 인덕터전압 (CH2)을 동시에 관측할 수 있도록 회로와 오실로스코프의 연결 상태를 그리고 제출하라. 오실로스코프의 Volts/DIV와 Time/DIV는 얼마로 하는 것이 좋은가? (수평축은 10 DIV, 수직축은 8 DIV로 나뉘어져 있다. trigger mode, trigger source, coupling(AC? or DC?)를 각각 어떻게 setting해야 하는가?)입력한 사각파의 Vmax가 1V이므로 Volts/DIV는 1/8=375mV로 구할 수 있지만 전체적인 파형을 보기 위해서는 Volts/DIV는 375mV 이상으로 설정하는 것이 좋다. 또한 사각파의 주기는 20tau로 하는 것이 좋으므로 Time/DIV는 20tau/10=20us로 구할 수 있지만 파형을 더 잘 관찰하기 위해서는 Time/DIV를 20us 이상으로 설정하는 것이 좋다.FG에서 입력하는 파형은 사각파로 coupling을 AC모드로, trigger mode는 Auto, trigger source는 CH1로 설정한다.3.3 Function generator 출력(CH1)과 저항전압(CH2)을 동시에 관측할 수 있도록 회로와 오실로스코프의 연결 상태를 그려서 제출하라.3.4 3.3의 상태에서 Function generator의 출력을 low=-0.5V, high=+0.5V, 즉 DC offset을 0으로 하였을 때 예상 파형을 그래프로 그려서 제출하라.3.5 Function generator(+)-R-L-Function generator(-)의 순서로 연결하고 저항의 양단에 오실로스코프의 단자(CH1만 사용)를 연결하였을 때 파형이 어떻게 될 것인가 설명하라.Function generator에서 공급하는 사각파와 같은 파형이다. function generator와 oscilloscope는 전원선(소켓)의 접지를 통해 각각 연결되어있으므로 function generator에서 흘려준 전류는 저항 쪽으로 흐르지 않고 oscilloscope의 단자로 그대로 흘러 들어간다. 따라서 function generator에서 출력된 파형이 그대로 oscilloscope에서 나타난다.

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[전기회로설계실습-설계실습 7 RC회로의 시정수 측정회로 및 방법설계] 중앙대학교 전자전기공학부 2-2 A+ 예비보고서

설계실습 7. RC회로의 시정수 측정회로 및 방법설계설계실습계획서3.1 DMM으로 전압을 측정할 때 내부저항이 매우 크다는 것을 앞에서 실험하였다.(10MΩ정도) DMM의 내부저항을 측정하는 방법을 설계하여 제출하라.1. 위의 회로와 같이 설계를 한다.2. DMM을 전압측정모드로 설정하고 측정되는 전압값을 기록한다.3.V _{dmm} = {R _{in}} over {R _{L} +R _{in}} V _{S}을 이용하여 내부저항을 측정한다.3.2 DMM의 내부저항과 2.2muF의 커패시터를 이용하여 RC time constant를 측정하고자 한다. 시계를 이용하여 충전시간을 측정하거나 방전시간을 측정하는 방법을 설계하여 제출하라. (스위치를 사용하는 것이 바람직하며 한번만 측정하지 말고 여러 번 여러 시간에 대해 측정하여 평균을 내도록 한다.)1. 위와 같이 회로를 설계한다. (R은 커패시터로 너무 높은 전류가 흐르는 것을 방지하는 것이다.)2. DMM을 전류측정모드로 설정한다.I= {V _{0}} over {R} e ^{-t/RC}3. 에서 t=RC가 되는 지점에서 I가 초기의 I보다 36.8%감소한다. 이 지점까지 걸리는 시간을 측정한다.4. 그림 2와 같이 방전시키고 위 과정을 계속해서 반복한다.5. 측정한 시간의 평균을 계산한다.3.3 (a) Time constant가 10us이며 저항과 10nF 커패시터가 직렬로 연결된 회로를 설계하여 제출하라. 이때의 전류파형 (=저항전압 파형), 커패시터전압 파형, RC time constant를 오실로스코프와 function generator로 측정하려한다. Function generator의 출력을 0.5V 의 사각파(high=0.5V, low=0V, duty cycle=50%)로 할 경우 저항전압, 커패시터전압의 예상파형을 그래프로 그려서 제출하라. (가능한 한 PC 의 Excel을 사용할 것)RC=10us이고 C=10nF이므로 R은 1kΩ이다. 따라서 위와 같이 설계할 수 있다.사각파 주기의 반 동안 완전히 충전, 방전이 되려면 10tau 정도를 반주기로 잡는 것이 좋다.3.4(a) 실험 3.3의 회로에서 function generator 출력(CH1)과 저항전압(CH2)을 동시에 관측할 수 있도록 회로와 오실로스코프의 연결 상태를 그리고 제출하라.(b) 오실로스코프의 Volts/DIV와 TIME/DIV는 얼마로 하는 것이 좋은가. (수평축은 10DIV, 수직축은 8DIV로 나누어져 있다.)사각파의 반주기를 10tau로 잡았으므로 주기는 20tau이며 200us와 같다. 수평축은 10DIV로 나뉘어져 있으므로 TIME/DIV는 20us 이상으로 하는 것이 좋다. 또한 수직축은 8DIV로 나누어져있다. 위의 그래프를 통해 0.5V가 최대이므로 0.5/8=0.0625이므로 VOLTS/DIV는 62.5mV 이상으로 잡는 것이 좋다.3.5(a) Function generator 출력(CH1)과 커패시터전압 (CH2)을 동시에 관측할 수 있도록 회로와 오실로스코프의 연결상태를 그리고 제출하라.(b) 오실로스코프의 Volts/DIV와 TIME/DIV는 얼마로 하는 것이 좋은가.3.4(b)와 같이 TIME/DIV는 20us, Volts/DIV는 62.5mV 이상으로 잡는 것이 좋다.

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