물리학 실험결과보고서옴의 법칙결과보고서제목 : 옴의 법칙[1] 측정값 및 계산실험 1표시저항IVR33OMEGA ``0.093A2.960V31.93100OMEGA ``0.031A2.958V95.42실험 2 정류용 다이오드1k Omega `` 표시저항의 측정값:R_B ``= `` ______0.992______kOMEGA______측정 점V_D (V)V_B `` (V)I ```(A)R ``(Omega )I```approx ``````4``rm mA ` 부근0.647V4.042V4.075mA0.159kOMEGAI```approx ``````2``rm mA ` 부근0.612V2.003V2.019mA0.303kOMEGAI```approx`````` 1``rm mA ` 부근0.575V1.000V1.008mA0.570kOMEGAI```approx `0.5``rm mA ` 부근0.545V0.552V0.556mA0.980kOMEGAI```approx `0.2``rm mA ` 부근0.496V0.207V0.209mA2.373kOMEGAV_D```approx ``-2``rm V ``부근-2.006V0.002V0.002mA1003kOMEGAV_D```approx ``-4``rm V ``부근-4.000V0.003V0.003mA1333kOMEGA실험 3 발광 다이오드측정 점:I```approx ``````2``rm mA ` 부근다이오드V_D (V)V_B `` (V)I ```(A)R ``(Omega )D1 (적색)1.682V1.999V2.015mA0.835kOMEGAD2 (녹색)1.925V2.005V2.021mA0.952kOMEGAD3 (황색)1.849V2.003V2.019mA0.916kOMEGA정류용 다이오드의 그래프: a)V ``-t ``그래프와 b)V_B``-V_D ` 그래프발광 다이오드(적색)의 그래프: a)V ``-t ``그래프와 b)V_B``-V_D ` 그래프[2] 토의1. 질문에 대한 토의질문1. 색으로 표시된 저항(33Ω, 100Ω)과 식 (1)로 계산한 저항은 몇 %나 차이가 나는가?실험결과 31.93Ω과 95.42Ω가 나왔다.{33-31.93} over {33} TIMES 100=3.242%,{100-95.42} over {100} TIMES 100=4.58%정도의 차이를 보인다.질문2. 실험 1에서 사용한 저항소자들은 전압에 관계없이 일정한 저항을 갖는다고 할 수 있는가?실험을 통해 얻은V``-`I 그래프에서 기울기가 일정하고 이 그래프에서 기울기는 저항인 R이다. 그렇기 때문에 일정한 저항을 가진다고 할 수 있다.질문3. 다이오드가 옴의 법칙을 만족하지 않음을 간단히 기술한다면 관찰한 결과로부터 어떤 면을 지적하겠는가?실험2의 그래프에서는 전류와 전압의 관계를 확인할 수 있는데 이 그래프를 보면 기울기가 일정하지 않다. 그렇기 때문에 실험2 그래프를 통해 다이오드는 옴의 법칙을 만족하지 않는다고 할 수 있다.질문4. “다이오드에 전압이 양이면 전류가 흐르고 음이면 전류가 흐르지 않는다.”고 말해도 되는가? 시험한 모든 다이오드에 대해 전류가 2 mA보다 커지는 대략적인 전압(전환점)을 서로 비교하시오.실험2에서 전압이 값이 양의 값이면 전류가 양의 값을 갖고 흐르지만 접압이 음의 값이면 전류는 흐르지 않는다. 정류용 다이오드가 2mA 부근에서 약 0.612V의 전압이 측정되었다. 그리고 실험3에서 적색 다이오드의 전압은 1.682V, 녹색 다이오드는 1.925V, 노란색 다이오드는 1.849V의 전압이 측정되었다. 이러한 실험 결과를 통해서 발광 다이오드가 정류용 다이오드보다 약 3배 정도의 더 큰 전압을 갖는 다는 것을 알 수 있다.질문5. 실험 2의 스코프 1의 그림으로부터,V_0가 4 V까지 상승하고 있는데, 다이오드의 전압V_D(V_A)이 약 0.8 V보다도 작은 값에 머물러 있는 이유를 설명하시오.다이오드는 전류가 커질수록 저항이 작아진다. 그렇기 때문에 정류용 다이오드는 전류가 커질수록 저항이 작아지게 되므로 전압이 0.8V보다도 작은 값에 머물게 되는 것이다.질문6. 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.LED는 발광 다이오드와 저항기의 전압이 비슷해야 발광한다. 순방향 (0,05s)중 문턱전압보다 큰 전압에서만 발광한다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의실험1에서는R``=` {V} over {I} 라는 식을 이용해서 실험을 통해 얻어낸 결과와 이론 값을 비교해 보았다. 결과 작은 오차를 보이면서 이론값과 실험값이 거의 일치한다는 것을 알 수 있었고 그래프를 통해 저항이 일정하다는 것을 알면서 옴의 법칙이 성립하는 지에 대한 실험을 하였다.실험2 실험1에서 더 나아가 정류용 다이오드를 이용해 옴의 법칙이 성립하는지에 대해 알아보았다. 실험2의 그래프에서는 기울기가 일정하지 않은 것을 통해 저항이 일정하지 않다는 결과를 얻었고 전압이 음의 값을 가지면 전류가 흐르지 않는 다는 것을 알면서 정류용 다이오드는 전압이 음인 경우에는 전류가 흐르지 않는 다는 것을 알 수 있었다.
물리학 실험결과보고서제목 : 저항의 연결결과보고서제목 : 저항의 연결[1] 측정값실험 1i색 코드표시저항R _{i}허용오차범위(%)측정값R _{i} ` ^{0}{|R _{i} ` ^{0} -R _{i} `|} over {R _{i} `} (%)1청 자 흑 금67Ω5%65.4Ω2.39%2초 청 갈 금560Ω5%577Ω3.03%3갈 검 빨 금1000Ω5%983Ω1.70%4금 빨 빨 빨2200Ω5%2164Ω1.64%5금 빨 회 청6800Ω5%6750Ω0.74%6노 보 주 금47000Ω5%46800Ω0.43%실험 2R`=``65.4````` OMEGACC 모드설정함0.5I _{max} =50mAV _{} `=2.925V _{} `I _{max} =1.0I _{max}=100mAV _{} `=6.35V _{} `CC 모드설정하지 않음I _{1} ``= 0.5I _{max}V_1 `=3.088V _{} `I _{2} ``= 1.0I _{max}V_2 `=6.49V _{} `I _{3} ``= 1.2I _{max}V _{3} `=7.62V _{} `추정 온도:T``approx`100 ℃실험 3R_1 = 0.577k OMEGA ``,R_2 =0.983k OMEGA ``,R_3 = 2.164k OMEGA ``,R_eq =3.724k OMEGA ``VIV _{1}V _{2}V _{3}측정 110V2.77mA1.560V2.653V5.83V측정 220V5.45mA3.112V5.27V11.57V실험 4R_1 = 0.577k OMEGA ``,R_2 =0.983k OMEGA ``,R_3 = 2.164k OMEGA ``,R_eq = 0.311k OMEGA ``VII _{1}I _{2}I _{3}측정 110V32.6mA18.96mA11.1mA5.10mA측정 220V64.8mA35.93mA20.56mA9.40mA[2] 계산 및 결과실험11. 색 코드로 표시된 값R _{i} prime 와 측정한 값R _{i} ^{0}의 차이와 상대오차를 계산한다.LEFT | R _{i} ^{0} `-`R _{i} prime RIGHT |{LEFT | R _{i} ^{0} `-`R _{i} prime RIGHT |} over {R _{i} prime }11.60.02392170.03033170.01704360.01645500.007462000.0043실험21. 전류와 전압을 측정한 여러 조건에서 소모전력을 계산하여 비교한다.IVRCC 모드 설정함0.05 A2.925 V58.5OMEGA0.1 A6.35 V63.5OMEGACC 모드설정하지 않음0.05 A3.088 V61.76OMEGA0.1 A6.49 V64.9OMEGA0.12 A7.62 V63.5OMEGA실험31.V`` prime `=`V _{1} `+`V _{2} `+`V _{3}을 계산하여 측정한 전체 전압V 와 비교한다.VV _{1}V _{2}V _{3}V`` prime10 V1.560 V2.653 V5.83 V10.043 V20 V3.112 V5.27 V11.57 V19.952 V측정1은V`` prime 가 10.043V로 V와 0.043의 차이를 보이고 측정 2에서는 19.952V로 0.048의 오차를 보인다.2. 실험 1에서 측정한 저항값을R _{1} ^{0},R _{2} ^{0},R _{3} ^{0}를 사용하여 직렬연결의 등가저항R _{eq}를 계산하고,R``=`V`/`I 로 계산한 값과 비교한다.R _{eq} `= 3724OMEGA 이다. 측정1의I값은 2.77mA이고R``=`V`/`I 를 이용해 계산하면{V _{1}} over {I} = 563OMEGA ,{V _{2}} over {I} = 958OMEGA ,{V _{3}} over {I} = 2105OMEGA 으로R _{eq} prime `= 3626OMEGA 이다. 측정2에서I은 5.45mA이다.{V _{1}} over {I} = 571OMEGA ,{V _{2}} over {I} = 967OMEGA ,{V _{3}} over {I} = 2123OMEGA 으로R _{eq} prime `= 3661OMEGA 이 나온다. 계산값과 비교해 보았을 대 비슷한 결과를 가진다는 것을 알 수 있다.실험41.I`` prime `=`I _{1} `+`I _{2} `+`I _{3}을 계산하여 측정한 전체 전류I 와 비교한다.II _{1}I _{2}I _{3}I`` prime32.6 mA18.96 mA11.1 mA5.10 mA35.16 mA64.8 mA35.93 mA20.56 mA9.40 mA65.89 mA측정1에서I`` prime 은 35.16 mA이고I는 32.6 mA로 2.56의 차이를 보이고 측정2에서는I`` prime 은 65.89 mA이고I는 64.8 mA로 1.09의 차이를 보인다.2. 실험 1에서 측정한 저항값R _{1} ^{0},R _{2} ^{0},R _{3} ^{0}를 사용하여 병렬연결의 등가저항R _{eq}를 계산하고,R``=`V`/`I 로 계산한 값과 비교한다.R _{eq} `= 311OMEGA 이고, 측정1에서 V는 10V이다.{V} over {I _{1}} = 527OMEGA ,{V} over {I _{2}} = 901OMEGA ,{V} over {I _{3}} = 1960OMEGA 으로R _{eq} prime = 284OMEGA 이다. 측정2에서는{V} over {I _{1}} = 557OMEGA ,{V} over {I _{2}} = 973OMEGA ,{V} over {I _{3}} = 2128OMEGA 으로R _{eq} prime = 304OMEGA 가 나온다. 측정 1과 측정2는 모두 비슷한 측정값이 나온다.[3] 토의1. 질문에 대한 토의질문1. 측정한 저항값들은 색 코드로 표시한 값의 허용오차 범위 내에 들어오는가?실험1에서 측정한 저항값들의 오차는 2.39%, 3.03%, 1.70%, 1.64%, 0.74%, 0.43%이다. 이는 모두 5%의 허용오차 범위 내에 들어오는 값이다.질문2. 실험 2에서 측정한 전류와 전압으로 계산한 전기저항에서 어떤 규칙성을 발견할 수 있는가? CC모드를 설정하지 않고 실험을 할 경우 어떤 문제가 발생할 수 있을까?CC모드를 설정하였을 때는 저항이 58.5OMEGA , 63.5OMEGA 이었고, CC모드를 설정하지 않았을 때는 저항이 61.76OMEGA , 64.9OMEGA , 63.5OMEGA 가 나왔다. 각각의 저항 차이는 오차가 발생해서 생겼다고 보면 전기저항의 크기가 같다고 할 수 있고 CC모드를 설정하지 않고 실험을 하게 되면 전류가 한 번에 많은 양이 흘려 전류계가 안전하지 않게 된다.질문3. 식 (3)과 (6)은 사용한 멀티미터의 오차범위 내에서 성립하는가?밀리미터의 오차 범위는 1% 이하이다. 이것을 전재로 오차범위에 성립하는지 보면 실험3 측정1에서 전압의 상대오차는 0.43%가 나왔고, 측정2에서는 0.24%가 나왔다. 그리고 실험4에서 측정1의 전류의 상대오차는 7.9%가 나왔고, 측정2에서 1.68%가 나왔다. 이 결과로 보았을 때 실험3은 오차범위 내에서 성립하지만, 실험4는 밀리미터 오차범위 내에 성립하지 않는다.질문4. 식 (2)와 (5)로 계산한 등가저항은 전압과 전류의 직접 측정으로부터 계산한 저항과 멀티미터의 오차범위 내에서 같다고 할 수 있는가?실험3 측정1에서 등가저항의 상대오차는 2.63%가 나왔고, 측정2에서는 1.69%가 나왔다. 실험4에서는 측정1에서 8.68%, 측정2에서 2.25%가 나왔다. 밀리미터의 오차범위는 1% 이하이기 때문에 실험3,4 모두 오차범위 내에서 성립하지 않는다.질문5. 담당 조교에게 사용한 저항의 허용 최대전력 범위를 묻고, 실험 4에서 저항이 심하게 가열되지 않는 안전한 최대전압은 얼마인지 추정하여라.조교님께 최대전력의 범위를 묻지 않아 알 수 가 없지만 최대 전압은 전력 식에서 도출이 가능하다. 전력을 구하는 식이P``= {V ^{2}} over {R}이므로 최대전압은 R을 양 변에 곱하고 루트를 씌워서 구하면V``=` sqrt {PR}가 나온다.2. 실험과정 및 결과에 대한 토의실험1은 저항의 크기를 알아보고 실제 저항이 표시저항의 차이를 알아보는 실험이었는데 상대오차가 매우 작게 나와서 만족할 수 있었다.시험2는 CC모드를 on/off 하여서 둘의 차이를 알아보고 전압과 전류를 구하고 이 결과를 이용해 저항을 구하는 실험이었다,