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일반물리실험 패러데이의 얼음통실험 보고서

실험 12. Faraday의 얼음통 실험신소재공학과 201620315 이재성 2조 : 권오혁, 서병철 제출일 : 5월 4일1. 실험목적1) Faraday 얼음통 (Ice Pail)을 사용하여 마찰에 의해 유도된 정전기의 양과 극성을 측정함으로써 마찰전기의 특성을 이해한다.2) Faraday 얼음통 (Ice Pail)으로 도체들의 전위와 배치에 따른 도체 표면에 분포하는 표면전하의 밀도를 측정하여 정전기유도 현상을 이해한다.2. 실험원리1) 인력과 척력대전된 두 물체 사이에는 인력과 척력이 작용한다. 유리나 플라스틱 막대는 마찰에 의하여 대전된다. 대전된 전하는 양(+)과 음(-)의 두 종류가 있다. 같은 종류의 전하 사이에는 서로 미는 힘(척력)이 작용하고, 다른 종류의 전하 사이에는 끌어당기는 힘(인력)이 작용한다.2) 아이스페일 효과두 도체가 접촉할 때 한 도체는 대전 되어있고, 다른 도체는 대전되어 있지 않다면, 일부 전하가 두 도체 사이를 이동해서 두 도체의 전위가 같아진다. 결국, 도체가 접촉했을 때, 모든 전하가 하나의 도체로 이동하지않고, 모두 대전된 상태가 되게끔 일부가 이동한다는 것이다. 하지만 대전되지 않은 도체의 속이 빈 공간이고 이 때, 대전된 도체를 그 빈 공간 내부에 접촉시킨다면, 위의 현상과는 다르게 원래 대전된 도체가 가지고있는 전하가 모두 대전되지 않은 도체로 이동하게 되는데 이를 ‘아이스페일 효과’ 라고 한다. 대전된 도체는 전하가 표면에 존재하고 전하의 종류가 같다면 척력이 작용해서 전하들이 서로 밀어내려고 하기 때문에 거리가 멀어지게 된다. 이런 현상으로 인해 어느 한 부분에만 전하가 분포하는데 그곳이 도체의 표면이다. 따라서 만약 도체 내부에 전하를 주입한다면 척력에 의해 표면으로 이동하고 내부에는 전하가 분포하지 않게 된다.3) 정전기 유도정전기 유도는 전기가 흐르지 않는 금속에 전기가 흐르는 물체를 가까이 할 때 금속이 전기를 띠게 되는 현상이다. 이를 대전 되었다고 한다. 금속은 금속결합으로 이루어졌기 때문에 자유전자가 존재한다. 만약 금속에 자기나 전기를 띤 물질이 가까이 있으면, 전자는 그 물체 쪽으로 끌려가거나 그 반대쪽으로 멀어진다. 이와 같은 현상이 전기가 흐르는 것이고, 정전기 유도이다.3. 참고문헌물리학실험 제11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부 p.107~108결과보고서실험 12. Faraday의 얼음통 실험신소재공학과 201620315 이재성2조 : 권오혁, 서병철실험일자 : 5월 4일제출일자 : 5월 11일실험12. Faraday의 얼음통 실험[1] 실험결과전하량 측정(전위계의 전압)횟수얼음통에 접촉 안함얼음통에 접촉함얼음통 접지(PUSH TO ZERO) 후 막대를 얼음통에 넣었을 때넣었을 때꺼냈을 때넣었을 때꺼냈을 때백색110V09V10V0213V013V14V036V07V7V0청색1-13V0-14V-13V02-12V0-13V-2V03-10V0-10V-1V0증명판 + 푸른색푸른색 -13V 증명판 11V증명판 + 흰색흰색 1V 증명판 -1V정전기 서열 흰색 > 증명판 > 푸른색표면전하밀도 측정* 좌우방향은 그림 12.2와 같이 구 A가 왼편, B가 오른편이 되도록 설정한다.두 구 사이의 거리구 B에서 전하추출왼쪽앞뒤위아래오른쪽10cm(접지 후)0.4V-0.4V0.3V0.7V0.7V0.6V2cm0.6V-0.8V0.8V0.3V0.4V0.5V2cm (접지 후)-0.1V-3.5V0.2V0.1V-0.1V-0.2V구 A (1000V)2cm (접지 후)1.4V1.6V1.8V1.3V1,3V1.5V[2] 질문질문 1. 마찰판의 전하량과 얼음통의 내부 금속통에 유도된 전하량에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있는가?- 흰색과 푸른색의 마찰판을 문지르면 각 마찰판에 +나-의 전하가 생긴다. +나-의 전하를 띠고 있는 마찰판을 얼음통 내부 금속통에 넣게 되면 정전기유도현상에 의하여 얼음통 내부 금속통에서 마찰판과 같은 극성의 전하는 멀리, 반대 극성의 전하는 가까이 있는 위치로 이동한다. 금속판의 내부는 마찰판에 의해 정전기유도되어 마찰판과 반대되는 전하를 띠게 된다. 마찰판의 마찰횟수를 늘릴수록 금속통의 전하량이 증가하고, 마찰횟수가 줄어들수록 전하량이 작다는 사실을 통해 마찰판의 전하량과 얼음통 내부 금속통에 유도된 전하량은 비례관계라는 결론을 내릴 수 있다.질문 2. 왜 구 B에는 접지시킨 후에도 전하가 남아 있는가? 구 A의 왼편(그림 12.2(b) 참조)에 전하가 있는가, 없는가? 이 현상을 어떻게 설명하겠는가?- 구 A는 +단자로 연결되어있기 때문에 +전하로 대전되어 있다. 그림12.2(a)에서 알 수 있듯이 구 A에 B를 가까이하면 B의 전자들이 인력에 의해 ?전하가 구 A쪽으로 이동한다. 그림12.2(b)를 보면 구B를 접지시키면 전자가 구B로 이동해서 +전하는 중성이 된다. 하지만 구B의 ?전하는 그대로 남아있기 때문에 -로 대전된 구B의 왼편에 있는 ?전하는 그대로 남아있다. 구 A의 경우 실험 3의 실험결과에서 알 수 있듯이 실제 실험을 통한 전하 측정결과 구 A의 왼편에는 전하가 남아있었으며, 다른 부분들은 비교적 균일한 전하밀도를 이루고 있었다. 두 구의 전하밀도상태는 접지와 인.척력, 정전기유도현상에 의한 것이라고 할 수 있다.[3] 종합토의 및 고찰이번 실험은 마찰전기의 특성을 이해하기 위해 마찰에 의하여 유도된 정전기의 양과 극성을 얼음통을 이용해 측정하는 실험이었다. 이 실험의 주요원인은 인력과 척력, 정전기유도현상이며 특히, 정전기유도현상에 대해 알아볼 수 있었다.첫 번째 실험은 푸른색과 흰색마찰판을 문지른 후에 얼음통에 접촉하지 않게 넣었을 때와 꺼냈을 때의 전하량을 측정하고, 얼음통에 접촉하게 넣었을 때와 꺼냈을 때의 전하량을 측정했다. 실험1의 결과에서 청색마찰판의 2회차와 3회차실험에서 얼음통에 접촉하게 하여 꺼냈을 때 전하량이 ?2와 ?1로 다른 전하량에 비해 차이가 많이 났다. 이것은 마찰판을 접촉해서 넣었을 때와 넣고나서 꺼냈을 때 사이에 전하가 완전히 옮겨지지 않아서 생긴 것이다. 이 실험의 결과로 마찰판을 넣으면 얼음통이 유도되어 전하를 띠는 것을 관찰 할 수 있었다. 두 마찰판 모두 얼음통에 접촉하지 않은상태로 꺼냈을 때 전하량이 모두 0이 나왔다.나머지 전하량값들에서는 원래 이론적으로는 전기적 손실이 없어야 하기 때문에 넣었을 때와 꺼냈을 때 완전히 같아야 하는데 이번 실험에서 우리 조는 오차가 발생하여 앞에서 나와있듯이 ?2와 ?1의 전하량값이 나왔다. 이는 전하량 측정기기에서 생기는 오차, 실험실 외부 환경요인에 의한 오차, 측정방법에 있어 처음 넣었을 때와 같은 깊이에서 측정하지 못한데서 생긴 오차 정도로 생각 할 수 있다. 그리고 책에 있는 실험1의 주의사항을 충분히 지키지 않아서 그런 것 일수도 있다. 그리고 얼음통을 접지 시키고 막대를 접촉하여 측정한 값으로 마찰판의 전하량 중 얼음통으로 이동하고 남은 전하량이 측정 되었다고 볼 수 있다. 또한 마찰판을 마찰 시키는 횟수가 많고, 그 속도가 빠를수록 전하량의 크기가 커진다는 것도 알 수 있었다. 질문1에 대한 답과 같이, 마찰판의 전하량과 얼음통의 내부 금속통에 유도된 전하량은 비례관계에 있음을 알 수 있었다.두 번째 실험은 증명판, 푸른색 마찰판, 흰색 마찰판의 정전기 서열을 알아보는 실험 이었다. 증명판과 푸른색과의 마찰결과는 증명판에 (+) 전압이 걸렸다. 증명판과 흰색과의 마찰결과에서는 흰색마찰판에 (+)전압이 걸렸다. 전하량수치들을 따져보면 정전기 서열이 (+)에서 (-)순서로 흰색 〉 증명판 〉 푸른색 순서임을 알 수 있었다.

자연과학| 2017.10.31| 6페이지| 1,000원| 조회(275)

실험, 일반물리실험, 패러데이의 얼음통실험

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일반물리실험 전류와자기장, 지구자기장 보고서

실험 18. 전류와 자기장, 지구자기장신소재공학과 201620315 이재성 2조 : 권오혁, 서병철 제출일 : 6월 1일실험목적전류가 흐르는 원형도선의 자기장을 관찰하고, 자기장과 전류와의 관계 자기장과 거리와의 관계를 검토한다.지구자기장의 크기와 방향을 정밀측정을 통해 파악한다.원리-원형도선의 중심에서의 자기장 : 여러개의 고리를 평행하게 겹치면 각각의 장들은 중첩되어 결과적으로 알짜 자기장은 비례적으로 증가한다. 각 고리의 장은 다른 고리의 장과 벡터적으로 더해진다. 단단하게 N회 감긴 짧은 코일에 전류 I가 흐르면 중심에서의 자기장은 이와 같다.여기서 는 자유공간의 투자율이며 이다. 대칭축 위에서의 자기장은의 식으로 구해진다. 특히 인 경우에는으로 표현되므로, 거리가 증가함에 따라 급격히 감소하는 성질을 갖고 있음을 볼 수 있다.-자기장의 방향 : 자기장의 방향을 측정하려면 자침을 사용하면 된다. 자침은 자기쌍극자의 한 예이다. 자기쌍극자는 S극에서 N극을 향하는 방향의 자기모멘트를 갖으며, 외부자기장 내에서 자기장과 나란히 정렬시키려는 토크를 받는다.참고문헌-물리학실험 제11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부, p.157~1671.측정값 및 계산실험 1a) 최소전류 : = 0 mA , 회전각 : 2°전 류 : = 0.3 A , N극의 방향 : 서전류의 방향 (시계, 또는 반시계 방향) : 시계방향b) 최소전류 : = 0 mA , 회전각 : 2°전 류 : = -0.3 A , N극의 방향 : 동전류의 방향 (시계, 또는 반시계 방향) : 반시계방향I(A)측정값 B (G)계산값 B‘ (G)0.242.390.464.790.697.180.8119.571.01412.01.21614.41.41816.81.62119.11.82321.52.02523.9실험 2a= 10.5= 200 회실험 2b= 1.8 A = -1.8 AZ(cm)측정값 B(G)계산값 B'(G)Z(cm)측정값 B(G)계산값 B'(G)0-23-21.502321.55-16-15.951615.910-8-8.181088.1815-5-4.061554.0620-3-2.162032.1625-2-1.252521.2530-2-0.7773020.77735-1-0.5113510.51140-1-0.3534010.353실험 3지구자기장 진폭= 0.0378지구자기장의 수직성분 각도= 5그래프 첨부2. 질문에 대한 토의질문 1: 측정한 자기장의 방향과 예측한 방향이 일치한다. 전류의 방향으로부터 자기장의 방향의 관계를 나타내는 법칙은 앙페르의 법칙(오른나사의 법칙)이 있다. ‘전류의 방향으로 오른나사를 진행시킬 때에 나사를 돌리는 방향이 자기장의 방향이 된다.’ 이 말이 구체적인 오른나사의 법칙이다.질문 2: 지구 자기장의 방향이 남북방향이기 때문에, 지구 자기장의 영향이 없는 동서방향을 기준으로 정렬하고 영점보정을 해야 정확한 값을 얻을수 있다. 그래서 자기 센서의 축을 동서방향으로 정렬한 뒤 영점보정을 한다.질문 3: 대체로 이론값의 직선과 측정값이 일치하는것을 볼 수 있었다. 또, 전류와 자기장의 그래프가 직선형태를 이루는 것으로 보아 자기장이 전류에 정비례한다는 것을 실험적으로 확인할 수 있었다.질문 4: 권선수를 N, 원형 도선의 반지름의 길이를 R이라 하면, 원형 도선의 중심으로부터의 거리가 z인 곳에서의 자기장의 세기는 다음과 같다.원형 도선 중앙에서의 자기장의 값은 을 대입하면 가 된다. 우리가 원하는 의 값은 가 될 때의 값이므로, 가 된다. 를 대입하여 계산하면 가 나온다.하지만, 실제로 측정을 해 보았더니 부근에서 자기장의 세기가 z=0일 때의 세기인 23G의 5%인 1.15가 되었다.3. 종합토의이번 실험의 목적은 자기장과 전류와의 관계, 자기장과 거리와의 관계를 검토하고 지구 자기장의 크기와 방향을 알아보는 실험이었다.실험 1에서는 원형 코일에 전류를 흐르게 한 뒤, 자기장의 방향이 어떻게 되는지를 측정해 보았다. 남쪽을 기준으로, 원형 코일에 전류가 시계 방향으로 흐르면 북쪽 자기장이 N극이 되고, 반시계 방향으로 흐르면 북쪽 자기장이 S극이 되는 것을 관찰하였다. 이것으로부터 ‘전류의 방향으로 오른나사를 진행시킬 때에 나사를 돌리는 방향이 자기장의 방향이 된다.’는 앙페르의 법칙을 확인할 수 있었다.실험 2에서는 원형코일 대칭축 위에서의 자기장을 측정해 보았다. 실험 2a에서는 전류가 점점 커짐에 따라서 자기장의 세기도 커지는 것을 관찰했고, 이로부터 전류와 자기장의 세기가 정비례한다는것을 확인하였다. 실험 2b에서는 거리가 멀어질수록 자기장의 세기가 약해지는 것을 관찰했고, 이로부터 거리와 자기장의 세기사이의 관계를 확인하였다.실험 3에서는 지구 자기장을 측정해보는 실험이었다. 지구자기장의 진폭과 지구자기장의 수직성분의 각도를 측정해 성분들을 알아보았다.온도에 따라서 자기장의 센서의 영향을 받기 때문에 체온이나 코일의 발열로 인해 주위의 온도가 올라가면 측정값이 실제값과 달라질 수 있고 주변의 자석이나 전자기기로 인해 자기장의 변화가 올 수 있어 자기장 측정에 변화가 있을 수 있다. 이러한 오차원인들을 보안하면 더 좋은 결과 값을 얻을 것이다.4. 참고문헌제 11판 물리학실험 (수정증보판), 김상열 저, 아주대학교출판부, p.157~167결과보고서실험 18. 전류와 자기장, 지구자기장신소재공학과201620315이재성2조 : 권오혁, 서병철실험일 : 6월 1일제출일 : 6월 8일

자연과학| 2017.10.31| 7페이지| 1,000원| 조회(477)

일반물리실험, 지구자기장, 전류와자기장

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일반물리실험 저항의 연결 보고서

실험16. 저항의 연결신소재공학과 201620315 이재성 2조 : 권오혁, 서병철 제출일 : 5월 25일1. 실험목적저항의 색 코드와 디지털멀티미터(digital multimeter)의 사용법을 익히고, Kirchhoff 법칙과 전기저항의 직렬 및 병렬연결의 특성을 확인한다.2. 원리키르히호프(Kirchhoff)의 법칙1) 임의의 교차점으로 들어가는 전류의 전체 합은 그 점에서 나오는 전류의 전체 합과 같아야한다. (교차점법칙)2) 폐회로 내에 있는 모든 소자들의 전위차 합은 영이 되어야한다. (고리법칙)R이 상수일 때 V=R*I (옴의법칙)저항을 연결하는 방법1) 직렬연결저항을 직렬로 연결한다면 전체저항을 R, 각각 저항을R1 R2라고 할 때, 가 된다(각각의 저항 값의 합). 이때 각 저항 양단에 걸리는 전압을 V1, V2라 하고 각 저항을 흐르는 전류를 I1, I2로 표시한다면 전체전류 I와 전압 V는 V = V1 + V2, I=I1=I2의 관계가 있다.2) 병렬연결저항을 병렬로 연결한다면 전체저항을 R 각각의 저항을 R1, R2라 할 때, , 이때 각 저항 양단에 걸리는 전압을 V1, V2라 하고 각 저항에 흐르는 전류를 I1, I2로 표시한다면 전체전류 I와 V는 I = I1 + I2, V = V1 = V2 식이 성립한다.3. 참고문헌물리학실험 제11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부 p.141일반물리학 9판 Raymond A. Serway, Chris Vuille 원저, 일반물리학 교재편찬위원회 역 p.423, p.437~443[1] 측정값실험 1.i색 코드표시저항 Ri‘허용오차범위(%)측정값 Rio(%)1황청주금46KΩ±5%47.4KΩ0.03%2녹청적금5.6KΩ±5%4.97KΩ0.1125%3적적적금2.2KΩ±5%2.157KΩ0.020%4갈청적금1.6KΩ±5%1.002KΩ0.374%5녹청갈금0.56KΩ±5%0.574KΩ0.025%6청갈회금61*10^5KΩ±5%67.2Ω0.100%실험 2.R = 67.2CC 모드 설정함I = 0.11V = 96V31.98mA17.38mA9.90mA4.59mA측정 219.82V63.4mA35.57mA19.82mA9.19mA계산 및 결과실험 1.1) 황청주금 Ri‘ = 46KΩ, Rio = 47.4KΩ{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [(47400 - 46000) / 46000] * 100 = 0.03%2) 녹청적금 Ri‘ = 5.6KΩ Rio = 4.97KΩ{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [ (4970 - 5600) / 5600] * 100 = 0.1125%3) 적적적금 Ri‘ = 2.2KΩ Rio = 2.157KΩ{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [ (2157 - 2200) / 2200] *100 = 0.020%4) 갈청적금 Ri‘ = 1.6KΩ Rio = 1.002KΩ{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [ (1002 - 1600) / 1600] * 100 = 0.374%5) 녹청갈금 Ri‘ = 0.56KΩ Rio = 0.574KΩ{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [(574 - 560) / 560] * 100 = 0.025%6) 청갈회금 Ri‘ = 61*10^5KΩ Rio = 67.2Ω{R _{i} ^{0} -R _{i} prime } over {R _{i} prime } = [(0.0672 ? 61*10^5) / 61*10^5] * 100 = 100%실험 2.CC 모드 설정했을 때전류가 1.0 I 근방일 때R _{1} = {V _{1}} over {I _{1 ^{}}} = 7.6 / 0.11 = 69.09Ω전류가 0.5 I 근방일 때R _{2} = {V _{2}} over {I _{2 ^{}}} = 3.7 / 0.05 = 74ΩCC 모드 설정하지 않았을 때전류가 1.0 {1} `+`V _{2} +V _{3},측정 1 V = 5.71 + 2.677 + 1.535 = 9.922V, 전체전압 = 9.9V측정 2 V = 11.44 + 5.32 + 3.078 = 19.838V, 전체전압 = 19.83VR`=` {V} over {I},R` _{0} =`R _{1} +R _{2} +R _{3},(측정 1)R1 = 5.71/0.0027 = 2114.81ΩR2 = 2.677/0.0027 = 991.48ΩR3 = 1.535/0.0027 = 568.52ΩR = 9.922/0.0027 = 3674.81ΩR0 = R1 + R2 + R3 = 3674.81Ω(측정 2)R1 = 11.44/0.0054 = 2118.52ΩR2 = 5.32/0.0054 = 985.19ΩR3 = 3.078/0.0054 = 570ΩR = 19.838/0.0054 = 3673.70ΩR0 = R1 + R2 + R3 = 3673.71Ω실험 4.병렬연결이므로I``=`I _{1} `+`I _{2} +I _{3}측정 1 I = 17.38 + 9.90 + 4.59 = 31.87mA측정 2 I = 35.57 + 19.82 + 9.19 = 64.58mAR`=` {V} over {I},{1} over {R _{0}} `=` {1} over {R _{1}} + {1} over {R _{2}} + {1} over {R _{3}}(측정 1)R1 = 9.96/0.01738 = 876.42ΩR2 = 9.96/0.00990 = 1022.49ΩR3 = 9.96/0.00459 = 1763.67ΩR = 9.96/0.03198 = 311.445ΩR0 = 372.299Ω(측정 2)R1 = 19.82/0.03557 = 557.21ΩR2 = 19.82/0.01982 = 1000ΩR3 = 19.82/0.00919 = 2156.69ΩR = 19.82/0.0634 = 312.62ΩR0 = 306.91Ω[2] 질문질문 1. 측정한 저항값들은 색 코드로 표시한 값으로부터 허용오차 범위 내에 들어오는가?물리학실험책 263쪽에 보감소함을 알 수 있다. (V = I x R을 통해서도 확인가능하다.)CC모드는 최대전류의 크기를 약 100mA로 제한하여 전류계를 보호하는 역할을 한다. 그러므로 CC모드를 설정하지 않고 실험을 할 경우, 전류계가 타서 손상 될 수 있다.질문 3. 식 (3)과 (6)은 사용한 멀티미터의 오차범위 내에서 성립하는가?보통의 멀티미터는 허용오차가 1% 정도이다. 실험 3에서는 9.9V일 때 전압의 합은 총 9.922V이므로 오차는 0.22%, 19.83V일 때 전압의 합은 총 19.838이므로 오차는 0.04%이다. 실험 4에서는 31.98mA일 때 전류의 합은 총 31.87mA 이므로 오차는 0.34%, 63.4mA일 때 전류의 합은 총 64.58mA이므로 오차는 1.86%이다. 위 결과로부터 알 수 있듯이 실험 3과 실험 4의 31.98mA일 때는 식 (3)과 (6)을 사용했을 때 멀티미터의 오차범위 내에서 성립하지만 실험 4의 63.4mA일 때는 그렇지 않다. 1.82%로 1%를 벗어나는데 이는 측정을 할 때 측정기기에서 표시되는 수치가 계속 왔다갔다 변했기 때문에 정확한 값을 읽어내지 못하는 데에서 오차가 크게 생겼기 때문이다.질문 4. 식 (2)와 (5)로 계산한 등가저항은 전압과 전류의 직접 측정으로부터 계산한 저항과 멀티미터의 오차범위 내에서 같다고 할 수 있는가?실험 3측정1측정2R = 9.922/0.0027 = 3674.81ΩR0 = R1 + R2 + R3 = 3674.81Ω오차 = 거의 0%에 가까움R = 19.838/0.0054 = 3673.70ΩR0 = R1 + R2 + R3 = 3673.71Ω오차 = 거의 0%에 가까움실험 4측정1측정2R = 9.96/0.03198 = 311.445ΩR0 = 372.299Ω오차 = 0.2%R = 19.82/0.0634 = 312.62ΩR0 = 306.91Ω오차 = 0.02%위 표의 결과로부터 식(2) 식(5) 로부터 계산한 등가저항과 전압과 전류의 직접 측정으로부터 계산한 저항과의 오차가 거의 0%에 가깝거나하는지 알아보는 실험이었다. 측정기기로 측정만하면 끝나는 실험이었기 때문에 매우 쉬웠다. 실험결과로부터 저항의 색 코드가 금색이므로 허용오차는 5%이다. 실험1의 1~6번의 오차 모두 허용오차 5%이내였다.실험 2는 CC 모드 설정효과 실험으로 68Ω 저항을 이용하여 전류와 전압을 측정하고 추정온도를 알아내고 저항을 구하는 실험이었다. CC모드를 ON상태와 OFF상태로 나누어서 측정했는데, CC모드는 최대전류의 크기를 약 100mA로 제한하여 전류계를 보호하는 역할을 한다. 그래서 CC모드를 설정하지 않고 실험을 할 경우, 전류계가 손상 될 위험이 있다.실험 3은 실험 1의 3,4,5 값을 이용하여 저항 3개를 직렬연결하고 출력전압을 10V, 20V로 각각 맞춘 후 완성한 회로에서 각각의 전압, 전류값을 측정하는 실험이었다. 직렬연결일 때는 총 저항은 저항을 다 더하면 되고, 전류는 모든 점에서 일정하다고 알고 있다. 실험결과와 계산결과로부터 오차가 매우 적어 성공적인 실험이었다. 그래도 미세한 오차가 발생했던 것은 측정기기인 멀티미터로 측정할 때 자꾸 값이 계속 조금씩 변동했기 때문이다.실험 4는 실험 3과 유사하지만 병렬연결이다. 저항을 병렬로 연결하면 전압이 모든 점에서 같고 전류가 다르다. 측정 1에서 전류의 합은 31.87로 전체 전류의 값인 31.98과 미세한 차이가 있을 뿐 거의 같았다. 저항값은 R = 9.96/0.03198 = 311.445Ω , R0 = 372.299Ω이고 오차 = 0.2%가 나왔다. 측정 2에서 전류의 합은 64.58Ω이고 전체 전류의 값은 63.4Ω 으로 약간의 차이가 있었다. 저항값은 R = 19.82/0.0634 = 312.62Ω, R0 = 306.91Ω 이고 오차 = 0.02%이다. 오차가 매우 작은 것으로보아 성공적인 실험이었다. “키르히호프 법칙”은 ‘직렬연결에서 전체전압은 각각의 부분전압의 합과 같다’ 와 ‘병렬연결에서 전체전류는 각각의 부분전류의 합과 같다’라는 내용이다. 실험 3과 4를 통해 키르히호프 법칙이.

자연과학| 2017.10.31| 8페이지| 1,000원| 조회(268)

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일반물리실험 옴의법칙 보고서

실험 15. 옴의 법칙신소재공학과 201620315 이재성 2조 : 권오혁, 서병철 제출일 : 5월 18일1. 실험목적- 전자회로에 쓰이는 탄소저항이 옴의 법칙을 만족하는가를 확인하고 옴의 법칙의 의미를 이해한다- 소형전구에 대하여 옴의법칙이 성립하는가를 확인하고, 옴의 법칙을 확인하기 위한 측정조건을 검토한다2. 원리옴(Ohm)의 법칙 : 한 종류의 금속선 시료를 전지의 단자에 연결하자. 이때 금속선에 점차로 증가하는 알려진 전압을 가해본다. 각 경우에 금속선을 통해 흐르는 전류는 전류계로 측정할 수 있다. 실험결과 옴은 금속선을 통과한 전류가 인가전압에 선형적으로 관계됨을 알았다. 즉, 이다. 이 관계는 다른 도체 물질에 대해서도 마찬가지이다. 옴은 모든 종류의 선들이 전하의 흐름에 대해 저항(resistance, R)을 나타냄을 알았다. 회로를 통해 흐르는 전류는 가해준 전압 V에 비례하고, 저항 R에 반비례한다. 옴은 1876년 이 결과를 발표하였다.이 관계를 옴의 법칙(Ohm's Law)이라 부르며, 제한적인 환경에서만 성립하는 식이지만 굉장히 실용적인 가치가 있다. R이 일정하면 전류 I는 전압 V에 정비례하여 V와 I관계의 그래프는 원점을 지나는 직선이 되고 그 기울기가 전기저항 R이다.옴의 법칙을 만족하는 물질을 옴성 물질(Ohmic material)이라고 하는데, 대표적인 예로써 금속과 탄소저항을 들 수 있다. 일반적으로 전기저항, 또는 비저항은 온도의 함수이다. 옴의 법칙을 만족하지 않는 예는 반도체가 있다. 대표적으로 p형과 n형 반도체의 접합인 다이오드의 전압과 전류의 관계식은 다음과 같다.를 역방향 포화전류이며 매우 작다. 정방향으로 전압이 가해지면 전압이 증가함에 따라서 전류는 급격히 증가한다. 이로써 다이오드는 전류가 흐르는 방향과 흐르지 않는 방향이 구별되며, 정류회로에 사용된다. 조명장치에 많이 쓰이는 LED도 있다.3. 참고문헌- 물리학실험 제 11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부 p.1311. 실험결과측정값 및 계산실험 1표시저항I(A)V(V)R(Ω)({V} over {I})33.5Ω0.0892.98833.57397.4Ω0.0302.97999.333.5Ω97.4ΩI(전류)-V(전압) 그래프실험 2 정류용 다이오드1kΩ 표시저항의 측정값: R = 1.001kΩ측정 점V (V)V (V)I ({V _{B}} over {R _{B}}) (A)R ({V _{D}} over {I}) (Ω)I? 4mA 부근0.6544.0094.0050.163I? 2mA 부근0.6201.9631.9610.316I? 1mA 부근0.5680.9720.9710.585I? 0.5mA 부근0.5570.5180.5171.077I? 0.2mA 부근0.5180.2390.2392.167V ? -2V 부근-1.9780.0054.995E-3-395.996V ? -4V 부근-3.9790.0000.000-무한대(발산)정류용 다이오드의 그래프 a) V-t 그래프와 b)V _{B} `-V _{D} 그래프실험 3 발광 다이오드측정 점: I? 2mA 부근다이오드V (V)V (V)I ({V _{B}} over {R _{B}}) (A)R ({V _{D}} over {I}) (Ω)D _{1}(적색)1.8991.9871.9850.957D _{2}(녹색)1.9291.9581.9560.986D _{3}(황색)1.8361.9871.9850.925발광 다이오드(적색)의 그래프 : a) V-t 그래프와 b)V _{B} `-V _{D} 그래프발광 다이오드(녹색)의 그래프 : a) V-t 그래프와 b)V _{B} `-V _{D} 그래프발광 다이오드(황색)의 그래프 : a) V-t 그래프와 b)V _{B} `-V _{D} 그래프2. 질문질문 1. 색으로 표시된 저항(33.5Ω, 97.4Ω)과 식(1)로 계산한 저항은 몇 %나 차이가 나는가?33.5Ω :R= {V} over {I} = {2.988V} over {0.089A} =38.573 OMEGA ,오차= {측정값-참값} over {측정값} = {38.573-33.5} over {38.573} TIMES 100=13.15% 97.4Ω :R= {V} over {I} = {2.979V} over {0.030A} =99.3 OMEGA오차= {측정값-참값} over {측정값} = {99.3-97.4} over {99.3} TIMES 100=1.91% 33.5Ω 저항과 식(1)로 계산한 저항은 13.15%로 매우 큰 차이가 나며, 97.4Ω 저항과 식(1) 로 계산한 저항은 1.91%로 매우 작은 차이가 난다.질문 2. 실험 1에서 사용한 저항소자들은 전압에 관계없이 일정한 저항을 갖는다고 할 수 있는 가?- 실험 1의 33.5OMEGA과 97.4OMEGA의 I-V그래프를 보면 원점을 지나는 직선임을 확인 할 수 있 다. 그러므로 실험 1에서 사용한 저항소자들은 전압에 관계없이 일정한 저항을 갖는다고 할 수 있다.질문 3. 다이오드가 옴의 법칙을 만족하지 않음을 간단히 기술한다면 관찰한 결과로부터 어떤 면을 지적하겠는가?- 실험 1의 저항소자를 이용한 실험결과에서 I-V그래프가 원점을 지나는 직선인데 비해, 실험2의 정류용 다이오드, 실험3의 발광다이오드 실험 결과에선 I-V그래프에선 직선이 아닌 특정지점에서 그래프의 기울기가 급상승하는 개형을 가진다. 따라서 다이오드는 식(1)인 옴의 법칙을 만족하지 않는다.질문 4. “다이오드에 전압이 양이면 전류가 흐르고 음이면 전류가 흐르지 않는다” 고 말해도 되는가? 시험한 모든 다이오드에 대해 전류가 2mA 보다 커지는 대략적인 전압(전환점)을 서로 비교하시오.- 다이오드의 전압이 음이면 전류는 거의 흐르지 않는다. 반대로 전압이 양일 때는 전압이 작으면 전류가 흐르지 않지만, 실험 2에서 정류용 다이오드 실험 시 전압은 I가 2mA 부근에선 V (V) =0.620, V (V)=1.963,실험 3에서적색 발광다이오드 실험 시 전압은V (V)=1.899,V (V)=1.987로 측정되었다. 이러한 대략적인 전압(전환점)은 유사하다는 것을 실험결과로부터 알 수 있고 이 전환점으로부터 전압이 커지면서 급격히 지수 함수꼴로 전류가 증가한다.질문 5. 실험2의 스코프 1의 그림으로부터, V 가 4V 까지 상승하고 있는데 다이오드의 전압 V (V )이 약 0.8V 보다도 작은 값에 머물러 있는 이유를 설명하시오.- 회로에 전체전압을 걸어주면 저항의 전압강하는 전체전압에 따라 변하지만 다이오드의 전압강하의 이론값은 0.7v이다. 다이오드에 걸리는 전압은 전체전압에 큰 영향을 받지 않기 때문에 0.8v보다 작은 값에 머물러있는다. 다이오드는 전체전압에 따라 변하지 않고 PN접합의 공핍층의 전위차이에 따라 결정되기 때문이다.질문 6. 발광다이오드(Light Emitting Diode)에서 빛이 나오는 현상을 관측하였는가? 실험3에서 저장한 스코프 화면 그림으로부터, 빛이 나오는 시간의 한 주기에 대한 비의 값을 추정하고 발광하기 위한 조건(전압)에 대하여 검토하시오.- 이번 실험에서는 적색,녹색,황색 다이오드 모두 실험을 수행했다. 알려져있기로는 각각의 다이오드의 빛이 나오는 시간의 주기의 비는 1:1:1이며, 발광하기 위한 조건(전압)은 OutputVoltage가 ChA, ChB보다 크면 발광다이오드에 빛이 들어온다.3. 종합토의 및 고찰이번 실험의 목적은 옴의 법칙의 의미를 실험을 통해 이해하는 것이었다. 그리고 옴의 법칙이 과연 모든 조건에서 성립하는지, 어떤 조건에서 성립하지 않는지 실험하였다. 실험1은 탄소저항에 대해 옴의 법칙을 적용시키는 실험이었다. 스프링 연결자에 33.5OMEGA의 저항, 97.4OMEGA의 저항을 끼워 연결한 후 측정 하는 실험이었다. 33.5OMEGA의 저항을 연결했을 때의 측정값은 I는 0.089, V는 2.988, R은 33.573이 나왔고, 97.4OMEGA의 저항을 연결했을 때의 측정값은 I는 0.030 , V는 2.979, R은 99.3이 나왔다. 질문 1에 대한 답변에서처럼 I, V 측정을 통해 계산한 값이 33.5OMEGA에서는 오차가 13.15%로 매우 큰 오차가 나왔고 97.4OMEGA에서는 오차가 1.91%로 매우 작은 오차가 나왔다. 실험 결과 저항에서는 I-V그래프가 원점을 지나는 직선의 형태가 나왔고 R이 일정한 상수이므로 옴의 법칙이 성립한다는 것을 실험적으로 볼 수 있었다.실험 2와 3에서는 저항이 아닌 다른 소자, 즉 다이오드에서도 옴의 법칙이 성립하는가를 알아보는 실험이었다. 실험목적 중 하나가 과연 모든 조건에서 옴의 법칙이 성립하는지 알아보는것이었으므로 다이오드에서도 옴의 법칙이 성립하는지 알아보는 것이 실험2,3의 목적이었다. 옴의 법칙이 성립한다면 다이오드에 전압이 점점 증가하면서 저항의 전압도 선형적으로 똑같이 증가해야 한다. 하지만 실험결과의

자연과학| 2017.10.31| 8페이지| 1,000원| 조회(350)

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일반물리실험 등전위선 보고서

실험 14. 등전위선신소재공학과 201620315 이재성 2조 : 권오혁, 서병철 제출일 : 5월 11일실험목적여러 형태의 전극 사이에서 형성되는 등전위선을 구하고 여러 점에서의 전기장을 측정하여 전위(전기퍼텐셜)와 전기장의 관계를 검토한다.실험원리실험장치에 대한 이해 : 탄소가 코팅된 종이에 은 페인트로 전극들을 구성하고 전류를 흘리면, 탄소종이 내에서의 전위와 전기장의 분포는 자유공간 또는 절연체 내의 같은 형태의 전극들을 배치하였을 경우와 같게 된다.실험장치를 통해 알 수 있는 것 : 전극의 형태에 따른 공간에서의 전위와 전기장의 분포를 측정용어정리전위 : 단위 전하당 전기 위치 에너지등전위선/등전위면 : 전위가 같은 점들의 집합수식전기장으로부터 정의된 전위 :등전위선상의 변위에 대해 dV=0이므로 전기장과 변위는 수직관계이다.(=전기장과 등전위선은 수직관계)전위의 분포를 알 때 전위로부터 구한 전기장 :임의의 변위 방향의 전기장의 성분전기장 벡터의 크기 :위의 수식들로부터 거리에 따른 전위의 증가율이 최대가 되는 방향이 전기장의 반대방향, 즉 감소율이 최대가 되는방향이 전기장의 방향이 되고 증가율의 절대값이 전기장의 크기이다.실험장치 그림참고문헌물리학실험 제 11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부, p.125~126결과보고서14. 등전위선신소재공학과 201620315 이재성2조 : 권오혁, 서병철실험일자 : 5월 11일제출일자 : 5월 18일[1] 측정값* 측정한 등전위선과 전기장을 그래프용지에 스케치하여 첨부한다.[2] 질문1. 원 내부의 각 점에서 측정한 전위는 같은가?실험 결과 원 내부의 각 점에서 측정한 전위는 같지않고 조금씩 차이가 있었다. 이는 오차때문에 생긴것이다. 측정을 할 때 압정으로 고정시킨 상태에서 진행했는데 압정은 금속재질이므로 오차발생의 원인임을 추론할 수 있다.2. 도체상의 모든 점은 전위가 과연 같은가?도체의 표면에는 고르게 전하가 분포한다. 이것을 가우스 법칙에 적용하여 보면 도체의 내부의 전하가 0이므로 E=0이 된다. 이는 식 을 이용해서도 알아낼 수 있다. 이 식에서 거리의 변화율 ds는 0이 아니므로 v의 변화율 dv가 0임을 알 수 있다. 그러므로 도체의 모든 점에서 전하의 양은 같으며, 전위가 같음을 알 수 있다.3. 속이 빈 도체의 내부 공간에서도 등전위인가?속이 빈 도체 내부에는 전하가 존재하지않고, 전위차가 나는 물체가 도체의 외부에 있기 때문에 외부로만 전위차로 인한 전기장이 생긴다. 도체 물질 안에서의 E=0이므로 임의의 두 점 사이에서도 0이다. 따라서 E는 빈공간 내에서 0이므로 속이 빈 도체의 내부 공간에서는 전위의 변화가 나타나지 않는다. 그러므로 속이 빈 도체의 내부공간은 도체 표면과 등전위이다.4. 전기장의 방향은 V/cm로 측정한 최대값 방향에 대해 어떤 방향인가?식에 따르면 등전위선에 수직한 방향으로 전기장이 존재한다. 또한 부호가 (-)이므로 측정값의 반대 방향이다. 최대값의 방향이 dv가 감소하는 방향으로 나타나므로 식 전체에서 플러스가 최대값의 방향과 전기장의 방향이 같음을 알 수 있다.5. 등전위선의 간격과 lEl는 어떤 상관관계를 갖는가?식 에 의해 등전위선의 간격이 좁을수록 가 증가한다. 그러므로 등전위선의 간격과 는 반비례관계에 있다는 것을 알 수 있다.6. V/cm 단위와 N/C 단위는 어떤 관계인가?전위의 정의는 단위 전하당 측정된 위치 에너지 값이며 단위는 J/C이다. 이를 볼트(V)라 한다. 1 V=1 J/C 에서 단위를 해석하면, 1C의 전하를 1V의 전위차만큼 옮기는데 1J의 일이 필요함을 알 수 있다. 수식으로 나타내면, 1 V = 1 J/C = 1 N*m/C 이다. 이 식을 m으로 나누면 1V/m = 1 N/C가 된다. 여기서 m을 cm으로 환산하면 1V/m = 0.01V/cm 이므로 1N/C는 0.01 V/cm이다.[3] 종합 토의 및 고찰이번 실험은 전극 사이에서 형성되는 등전위선을 구하고 여러 점에서의 전기장을 측정하여 전위와 전기장의 관계를 알아보는 실험이었다.실험1인 등전위선 측정실험은 측정기기인 멀티미터를 이용하여 탄소 종이에서의 일정 간격 사이의 전압을 찾고 등전위선을 스케치하는 실험이었다. 실험결과 양쪽에 있는 은 페인트가 등전위선 형성에 영향을 끼치는 것을 알 수 있었다. 한 쪽에는 직선 모양, 다른 한 쪽에는 원 모양의 은 페인트가 있는데 이는 도체를 나타낸다. 이론적으로 도체에서의 등전위선은 가운데 축을 중심으로 좌우 선대칭형태이어야 한다. 처음에 측정기기의 사용법과 실험장치에 대한 미숙한 이해로 실험진행에 어려움을 겪었고, 멀티미터로 측정할 때도 값이 정확히 고정되어 나오지 않고 실험도중 계속 순간적으로 변화했기때문에 어느정도 오차가 발생할 것이라고 생각했다. 실제 우리가 한 실험결과는 예상을 크게 벗어나지 않고 순간적으로 변화하는 멀티미터의 값을 고려하여 선대칭과 비슷한 등전위선이 나왔다. 전압을 10v로 맞추고, 탄소 종이위에 적당한 점에 탐침으로 찍어가면서 2,4,6,8V인 점을 각각 찾아 선으로 이어보았다. 이렇게 이어진 선이 등전위선이 되었다. 등전위선은 각각의 도체 근처에서는 간격이 조밀하고 가운데 지점에서는 약간 느슨한 경향을 보였다. 1.측정값에 첨부한 그래프용지를 통해 알 수 있다.실험2는 실험1에서 얻은 등전위선을 바탕으로 등전위선 위의 점에서 전기장의 방향을 측정하는 실험이었다. 측정결과 전기장의 방향이 등전위선과 거의 수직을 이루는 모습을 볼 수 있었다. 이는 식 에 의해서도 다시 한 번확인할 수 있다. 그리고 2,4,6,8의 등전위선에서 전기장의 크기를 측정하였는데 그 값들은 양쪽의 은 페인트가 있는 도체부근에서 가장 크고 가운데로 갈수록 약간 작아지는 경향을 보였다. 이 실험을 통하여 와 등전위선의 간격은 반비례관계에 있다는 것을 알 수 있었다. 그리고 각 점에서의 전기장의 방향은 거리에 따른 전위의 증가율이 최대가 되는 방향의 반대방향임을 알고 결정 할 수 있었다.등전위선의 분포를 직접 작성하여 스케치하고 선으로 연결하여 완성한 후 이를 바탕으로 전기장을 측정하는 것이 이번 실험의 메인이었는데, 예상한 오차를 고려한 실험결과가 실제 실험결과와 크게 차이가 나지 않아 매우 성공적인 실험이었다.[4] 참고문헌물리학실험 제11판(수정증보판) 김상열 저, 아주대학교출판부, p.125~130일반물리의 이해 강호제 저, EBS, p.252~253

자연과학| 2017.10.31| 7페이지| 1,000원| 조회(542)

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