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물실 2실험6 RLC회로 임피던스 실험

물리학 및 실험2: RLC 회로의 임피던스학과 :학번 :조 / 이름 :실험일자 :1) 실험 목적교류회로에서 저항, 콘덴서, 코일의 저항 성분인 임피던스를 측정하여 그 개념을 이해하고 주파수에 따른 임피던스 변화와 교류 회로에서의 전압분배 및 위상차를 살펴본다.2) 관련 이론RLC 소자들은 구조적 물질적 특성으로 인해 외부의 전압에 대해 각각 다른 양상을 띈다. 저항의 경우 직류에서나 교류에서나 일정한 전기 전도도를 가지기 때문에 무유도성 저항이라고도 불린다. 그러나 콘덴서 와 코일의 경우는 직류와 교류일 때의 저항 성분이 다르다. 직류 전원에서 콘덴서의 경우 직류를 통과할 수 없다. 반면 코일의 경우는 작은 저항 값을 가져 전류가 잘 흐르게 된다.교류의 전원에서는 콘덴서는 낮은 저항 값을 갖는 반면 코일의 경우는 상당한 정도의 저항 값을 갖는다. 이 현상은 특히 주파수가 높을수록 극명히 드러난다. 주파수가 높은 경우의 코일은 저항이 매우 커져 교류 성분을 거의 통과시키지 못하며, 콘덴서의 경우 거의 통과하는 것을 알 수 있다.교류에서는 전압과 전류의 순시 값이 계속 변화한다. 전압과 전류는 다음과 같이 표현된다.V = V_{M}sinomegat,I=I_{M}sin(omegat+ PH phi) 여기서V_M과I_M은 각각 전압과 전류의 최대 값을 나타내며,t는 시간,omega는2pi/T 또는2pif로 각 진동수이고,phi는 초기 위상 값이다. 이와 같은 교류 전원을 저항R, 인덕턴스L, 캐패시턴스C의 직렬회로에 연결하는 경우를 생각해 볼 때, 이 회로에서R,L,C에 걸리는 전압V_R,V_L,V_C는V_{R}=IR,V_{L}=L{dI}over{dt},V_{C}={1}over{C} int _{} ^{ } {dq }={1}over{C} int _{ } ^{ } {Idt}이다. 따라서 교류 전압V는V=V_{R}+V_{L}+V_{C} =I_{R}+L{dI}over{dt}+{1}over{C} int _{ } ^{ } {Idt}이고V_{L}=omegaLI_{M}cos(omegat+phi),V_{C}=(-{1}over{C})I_{M}cos(omegat+phi),V_{R}=RI_{M}sin(omegat+phi)가 되며,V_L과V_C는V_R과 각각pi over 2,-{piover2의 위상차를 가지고 있음을 알 수 있다. 따라서L_V과V_C가 최대 값V_LM과V_CM에 도달하는 시간 역시V_{R M과 비교하여pi over 2,-{piover2의 위상차를 갖게 된다. 이는V_{M}= sqrt {(V_{R M})^{2}+(V_{LM}-V_{CM})^{2} }이 된다. 또 최대 전압값은cos(omegat+phi)=1일 때와cos(omegat+phi)=-1일 때 각각 일어나므로 그 대의 최대 전압 값을V_LM,V_CM이라 하면V_{LM}=omegaLI_M,V_{CM}={1}over{omegaC}I_M,V_{R M} = RI_M여기서 직류회로에서의 옴의 법칙V=IR에서R에 해당되는omegaL과1overomegaC를 각각 인덕티브 리액턴스X_L, 캐패시티브 리액턴스X_C라 한다. 즉,X_{L}=omegaL=2pifL,X_{C}={1}over{omegaC}={1}over{2pifC}이다.X_{L}=omegaL=2pifL에서 L을 헨리로 f를 헤르츠로 표시하면,X_L은 옴으로 표시되고,X_{C}={1}over{omegaC}={1}over{2pifC}에서C를 패라드,f를 헤르츠로 표시하면X_C도 역시 옴으로 표시된다. 따라서R-L-C회로에서 각각 최대 전압V_{R M}=I_{M}R,V_{LM}=I_{M}X_{L},V_{CM}=X_{C}I_M 이다. 그러므로 직류회로에서의 저항에 해당하는 교류회로의 임피던스Z는Z= sqrt { R^{2}+{(omegaL-{1}over{omegaC})^2}가 되고, 위상각phi는phi=tan^{-1}({V_{L}-V_{C}}over{V_R})=tan^{-1}({omegaL-{1}over{omegaC}}over{R})3) 실험 방법A. RL회로① RL 직렬회로를 꾸민다.② function generator의 전류를 각각 1.0mA,1.5mA,2.0mA로 맞춘다음 전체전압E_{ T}를 측정한다. 또한 저항 R에 걸리는 전압E_{ R}과 인덕터에 걸리는 전압E_{ L}을 측정한다.B. RC회로① RC 직렬회로를 꾸민다② 실험 A의 ② 단계와 같은 방법으로 전체 전압 전압E_{ T}, R과 축전기 C에 걸리는 전압E_{ R},E_{ C}를 측정한다.C. RLC회로① RLC 직렬회로를 꾸민다② 실험 A의 ② 단계와 같은 방법으로 전체 전압 전압E_{ T}, R과 축전기 C,인덕터 L에 걸리는 전압E_{ R},E_{ C},E_{ L}를 측정한다.4) 실험 결과A. RL 회로전류 (I)ER[mV]EL[mV]ET[mV]R[Ω]XLZZ=root{R^2 +(X_L )^2}위상각phi0.5 mA49.534.670.69969.2141.20120.790.61001.0 mA96.570.214296.570.2142.00119.330.62891.5 mA143.4103.5211.595.669141.00117.900.62522.0 mA189.414028594.770142.50117.760.6365B. RC 회로전류 (I)ER[mV]EC[mV]ET[mV]R[Ω]XCZZ=root{R^2 +(X_C )^2}위상각phi0.5 mA50.69.853.5101.219.6107.00103.080.19131.0 mA9618.3100.59618.3100.5097.730.18841.5 mA141.327148.194.21898.7395.900.18882.0 mA186.535.5195.493.2517.7597.7094.920.1881C. RLC 회로전류 (I)ER[mV]EL[mV]EC[mV]ET[mV]R[Ω]XLXCZZ=root{R^2 +(X_C -X_L )^2}위상각phi0.5 mA49.635.69.771.599.2071.2019.40143.00111.910.48121.0 mA95.468.718.4136.895.4068.7018.40136.80107.850.48521.5 mA142102.427.2203.594.6768.2718.13135.67107.120.48702.0 mA188.5137.336.2271.794.2568.6518.10135.85106.950.49235.분석 및 토의[실험 분석]이번 실험에서는 R, L, C를 이용해 브레드보드에 직렬로 회로를 구성한 후 교류 전원을 흘러 보낸 뒤 각각의 전압을 측정하고 측정한 전압을 이용해 임피던스와 위상각을 계산하는 실험이었다. 회로의 구성도 쉬웠고, 측정도 쉬웠다. 하지만 평소 직류 전원만 이용했는데 이번엔 교류 전원을 사용해서 전원을 공급하는 부분에서 헷갈리는 부분이 있었다.임피던스는 전류가 증가하여도 큰 차이를 내지 않는 것을 보아 전류에 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다. 또한 위상각도 변하지 않는 것을 알 수 있었다. 실험 데이터를 봤을 때, 전류가 증가하는 비율과 비슷하게 전압의 비율도 함께 상승하는 것을 볼 수 있었고, 그 때문에 임피던스가 큰 차이를 내지 않는 것이라고 생각할 수 있었다.[오차의 원인]1. 측정 하는 디지털멀티미터의 오차- 각 종 수치값을 측정하는 과정에서 디지털멀티미터의 값이 측정할 때 마다 조금씩 변동이 있어 작은 움직임에도 값이 다르게 나오고 소수점 둘째 셋째자리까지 정확하게 측정하기가 어려워서 근삿값을 측정했기 때문이다. 이러한 오차를 줄이기 위해서는 측정하는 점들의 거리를 가깝게 하고 소수점 셋째자리까지 정확하게 측정해야 할 것으로 판단된다.

공학/기술| 2015.06.02| 4페이지| 1,000원| 조회(311)

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물실 2실험9 페러데이의 법칙 평가C아쉬워요

물리학 및 실험2: 패러데이의 법칙학과 :학번 :조 / 이름 :실험일자 :(1) 실험 목적자기선속의 시간적 변화율에 따라서 회로에 유도되는 유도기전력(Faraday 법칙)을 이해한다.(2) 관련 이론도선(혹은 코일)으로 이루어진 하나의 곡면을 지나가는 자기선속(PHI _{B})은 다음의 식과 같이 정의되고할 수 있다.PHI _{B} ``=`` int _{} ^{} {bold{B} BULLET d bold{A}} - ①이때 시간의 따른 자기선속의 변화는 도선(혹은 코일)에 다음 과 같은 관계식을 가지고 유도기전력( epsilon )을 발생시킨다.epsilon ``=``- {d PHI_B } over {d`t}~ - ②이러한 현상을 Faraday 법칙이라고 한다. 이러한 유도기전력은 자기선속의 변화에 반대되는 방향으로 전류가 흐르도록 유도되는데 이를 Lenz 의 법칙이라고 한다. 즉, 곡면을 통과하는 자기선속의 세기가 시간에 따라 증가하면 이를 감소시키는 방향으로 유도전류가 형성되고 반대로 시간에 따라 자기선속이 감소하면 이를 증가시키는 방향으로 유도전류가 형성된다.(3) 실험방법1) 자기장 크기의 변화에 따른 유도기전력 및 유도전류 측정① Interface 전원 공급 단자 앞에 current sensor 를 setup 한다.② Current sensor를 통과한 라인이 Helmholtz coil 을 직렬로 통과하도록 setup 한다.③ Helmholtz coil 의 중간에 induction wand 를 가 위치하도록 장치를 꾸민다.④ Voltage sensor 를 interface 와 induction wand 에 연결한다.⑤ Interface 의 전원에 주파수 및 파형을 변화시키면서 induction wand 에 유도되는 유도기전력의 파형과 회로에 흐르는 전류의 파형을 확인한다.2) 일정한 자기장에 통과하는 폐회로의 곡면의 변화에 따른 유도기전력 및 유도전류 측정① Induction wand 를 rotary motion sensor 에 연결하고 스텐에 고정시킨다.② 두 개의 자석 사이로 induction wand 가 통과할 수 있도록 장치를 꾸민다.③ 자석 사이의 자기장이 일정하도록 최대한 가까이 위치하도록 조절한다.④ Voltage sensor 를 interface 와 induction wand 에 연결한다.⑤ Induction wand를 단진자 운동을 시키고 이때 유도되는 유도기전력을 확인한다.(4) 실험 결과1. 자기장 크기의 변화에 유도되는 기전력 및 전류 측정1)f= 100 Hz 일 때, 유도기전력 및 회로에 흐르는 전류 확인 (3가지 파형 : 정현파, 사각파, 삼각파)그림 1. 100Hz일 때 평상시 정현파 그림 2. 100Hz일 때 유도기전력 정현파그림 3. 100Hz일 때 평상시 사각파그림 4. 100Hz일 때 유도기전력 사각파그림 5. 100Hz일 때 평상시 삼각파 그림 6. 100Hz일 때 유도기전력 삼각파2)f= 1 kHz 일 때, 유도기전력 및 회로에 흐르는 전류 확인 (3가지 파형 : 정현파, 사각파, 삼각파)그림 7. 1kHz일 때 평상시 정현파 그림 8. 1kHz일 때 유도기전력 정현파 그림 9. 1kHz일 때 평상시 사각파 그림 10. 1kHz일 때 유도기전력 사각파 그림 11. 1kHz일 때 평상시 삼각파 그림 12. 1kHz일 때 유도기전력 삼각파2. 일정한 자기장에 통과하는 폐회로의 곡면의 변화에 따른 유도기전력 및 유도전류 측정1) Induction wand를 단진자 운동을 시켰을 때 유도되는 유도기전력 확인그림 13. Induction wand를 단진자 운동을 시켰을 때 유도되는 유도기전력(5)분석 및 토의이번 실험은 패러데이의 법칙을 알아보는 실험이었다. 위의 첫 실험에서 알 수 있듯이 Helmholtz coil에 전압을 걸어 전류를 흘려주면, 전원에 연결되어 있지 않은 induction wand에 유도기전력이 유도되는 것을 볼 수 있었다. 그 이유는 helmholtz coil에 전류를 흘려주어 자기장이 생성되는데, 자기장이 생성됨에 따라 자력선속이 변함에 따라서 induction wand에도 전압차이가 발생하고 전자의 이동에 따라 전류가 흐르기 때문이다.두 번째 실험에서는 단진자의 운동을 이용해서 유도기전력을 유도하였는데 단진자가 왕복운동을 실시하기 때문에 그 순간마다 전압도 반대로 걸리는 것을 볼 수 있었다. 단진자의 운동에서 단진자가 이동할 때마다 자력선속이 변하므로 그에 따라서 유도기전력이 유도되었음을 확인할 수 있었다. 단진자의 운동이 마찰의 힘을 받아 감소하게 되면서 그에 따라 자력선속의 변화율도 작아지게 되어 유도기전력이 점점 감소하는 추세를 보였다. 이것은 일종의 운동에너지를 전자기적인 에너지로 바꾼 것과 같다.

공학/기술| 2015.06.02| 4페이지| 1,000원| 조회(258)

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물실 2실험10 회절실험

물리학 및 실험2: 회절 실험학과 :학번 :조 / 이름 :실험일자 :(1) 실험 목적단일슬릿 회절무늬와 이중슬릿 회절무늬를 관찰하고 단일슬릿 회절무늬를 이용하여 빛의 파장을 측정한다. 이중슬릿 간섭무늬를 관찰하고 이중슬릿 간섭무늬를 이용하여 빛의 파장을 측정한다.(2) 관련 이론1. 단일슬릿슬릿과 스크린 사이의 간격 D중앙의 밝은 무늬의 중심으로부터 첫번째 어두운 무늬의 중심까지의 거리rm bar {P_0 P_1} `=` y슬릿의 크기 arm r_1과rm r_2사이의 거리차 b슬릿의 중심과 가장자리를 통과한 두 빛rm r_1과rm r_2가 스크린rm P_1점에 닿았다고 할 때, 이 두 빛이 이동한 거리rm r_1과rm r_2의 거리차 b는rm b= a over 2 sin theta이다. 이때, 만약rm b= lambda over 2이면,rm P_1점에서 두 빛은 서로 상쇄되는 상쇄간섭을 일으킨다. 또한,rm sin theta ~SIMEQ` y over D이라고 할 수 있으므로rm lambda over 2 = a over 2 sin theta = a over 2 y over Drm THEREFORE ~~lambda = a y over D가 되어 만약 a, y, D를 안다면 주어진 빛의 파장rm lambda를 측정할 수 있다.2. 이중슬릿슬릿과 스크린 사이의 간격 D중앙의 밝은 무늬의 중심으로부터 첫번째 어두운 무늬의 중심까지의 거리 y슬릿과 슬릿사이의 거리 drm r_1과rm r_2사이의 거리차 b슬릿rm S_1과rm S_2를 통과한 두 빛이 스크린 P점에 닿았다고 할 때 이 두 빛이 이동한 거리rm r_1과rm r_2사이의 거리차 b는rm b= d sin theta이다. 이때, 만약rm b= lambda over 2라면, P점에서 두 빛은 서로 상쇄되는 상쇄간섭을 일으킨다. 또한,rm sin theta ~SIMEQ` y over D이라고 할 수 있으므로rm lambda over 2 = d sin theta = d y over Drm THEREFORE ~~lambda = d 2y over D가 되어 만약 d, y, D를 안다면 주어진 빛의 파장rm lambda를 측정할 수 있다.(3) 실험방법① 스크린과 일정 거리 떨어진 곳에 레이져를 설치한다.② 레이져와 스크린 사이에 슬롯을 설치한다.③ 레이져를 작동시켜 스크린에 올바르게 무늬가 나오는지 확인한다.④ 첫 번째 어두운 무늬에서 간섭무늬의 중심까지의 거리를 측정한다.⑤ 슬릿과 스크린사이의 거리를 다르게 하여 위 과정을 반복한다.⑥ 슬릿의 종류를 바꾸어주어 위 과정을 반복 한다.(4) 실험 결과회절 실험슬릿 종류슬릿 크기 aDyrm lambdaA0.02mm0.5m1.6cm640nm0.752.3cm613nm1m3.2cm640nm평균631nm슬릿 종류슬릿 크기 aDyrm lambdaB0.04mm0.5m0.9cm720nm0.751.2cm640nm1m1.7cm680nm평균680nm슬릿 종류슬릿 크기 aDyrm lambdaC0.06mm0.5m0.4cm480nm0.750.6cm480nm1m0.8cm480nm평균480nm이중슬릿의 간섭 실험슬릿 종류슬릿 크기dDyrm lambdaD0.040.250.5m0.16800nm0.750.26867nm1m0.34850nm단위mmmm평균839nm슬릿 종류슬릿 크기dDyrm lambdaE0.040.50.5m0.08800nm0.750.12800nm1m0.17850nm단위mmmm평균817nm슬릿 종류슬릿 크기dDyrm lambdaF0.080.250.5m0.16800nm0.750.25833nm1m0.35875nm단위mmmm평균836nm(5) 분석 및 토의① 회절간섭과 생활 물리1) 카메라 렌즈: 최근 생산되는 DSLR과 같은 카메라 렌즈에서는 조리개를 통해 빛의 양을 조절할 수 있으며, 빛이 조리개의 날개를 통과하면서 직진되지 않고 회절하게 된다. 이때 회절하는 정도에 따라서 상의 선명도가 달라지며, 색감이 다르게 표현되어 진다.2) 라디오 방송: 라디오는 AM과 FM으로 분류되어 지는데, AM이 FM에 비해 수신되는 수준이 더 높다. 그러한 이유는 AM전파의 주파수가 FM전파의 주파수에 비해 높고, 파장 또한 훨씬 길기 때문이다. 이로 인해 AM전파의 파장이 FM전파의 파장보다 건물이나 장애물을 만났을 때 더 잘 회절 되어 전파의 수신 수준이 높은 것이다.3) 앰프의 증폭: 공연장, 강당 등에서 사용되어지는 앰프는 여러 곳에 배치되어 기존의 스피커에서 발생되는 소리에 비해 큰 소리로 청중들에게 전달된다. 이러한 효과는 보강 간섭의 효과로 각각의 앰프에서 발생되는 소리가 청중의 위치로 도달할 때에는 서로 보강되어 기존의 소리보다 더 큰 소리로 전달되는 것이다.② 오차 원인 및 반성1) 회절된 상의 인식에 대한 어려움- 이번 실험에서는 빛이 각각의 슬릿을 통과하여 맺힌 상에 대한 측정으로 파장을 예측해야 했으나 회절된 빛이 상에 맺힐 때 선명하게 맺히지 않아서 중심의 위치를 잡기가 어려웠다. 또한 측정 기기가 아닌 눈으로 판단하고 길이를 측정해야 했던 것이 또 다른 오차를 발생하는 원인이 되었다.2) 측정기기의 정밀도- 회절된 빛의 길이를 측정하는 측정기기로 기존의 자를 제공해주었지만, 자로는 회절된 빛의 정확한 길이를 측정하기 어려웠다. 좀 더 세밀하지 못하게 측정하였기 때문에 이로 인한 오차가 발생했을 가능성이 존재한다.③ 문제풀이1) 실험을 통하여 구한 붉은 빛의 파장이 일반적으로 알려져 있는 붉은색 파장의 길이와 일치하는가?- 일반적으로 알려져있는 붉은 빛의 파장 길이는 760nm이다. 본 실험을 통해서 정확한 붉은 파장의 길이를 확인하지는 못 했지만 근접한 값을 산출하였다.2) 슬릿의 크기는 간섭무늬에 어떠한 영향을 미치는가?- 단일 슬릿 회절에서 슬릿의 크기는 간섭무늬의 길이에 반비례 영향을 끼침을 알 수 있다. 하지만 이중 슬릿의 경우 슬릿의 크기는 간섭무니의 길이에 영향을 끼치지 못했다.3) D가 달라짐에 따라 간섭무늬는 어떻게 달라지는가?

공학/기술| 2015.06.02| 5페이지| 1,000원| 조회(200)

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물실 2실험7 전류천칭 실험

물리학 및 실험2: 전류 천칭학과 :학번 :조 / 이름 :실험일자 :1) 실험 목적자기장 내에 있는 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기를 측정한다.2) 실험 이론자기장 내에 있는 도선에 전류가 흐르면 도선은 자기력이라고 하는 힘을 받는다. 이 힘의 크기와 방향은 네 가지 변수 전류의 세기(I), 도선의 길이(L), 자기장의 세기(B), 자기장과 도선의 각도(theta )에 따라 달라진다. 이 자기력은vec{F} _{m} =I vec{L} TIMES vec{B}과 같이 표현된다. 이때 자기력의 크기는F _{m} =ILB`sin theta 이며, 만일L과B의 각도가90 DEG 라면F _{m} =ILB이다.3) 실험 방법Current Balance의 설치. [그림 2, 그림 3 참조]① Main Unit를 스탠드에 고정시킨다.② Current Loop를 하나 선택해 Main Unit 팔의 끝에 끼운다.③ Magnet Assembly(Holder와 그안에 들어있는 Magnet을 합하여 부른 것임)를 적어도 0.01그램 감도의 저울에 올려놓고 (도체박막으로 만들어진) Current Loop의 전선의 수평부분이 Magnet Assembly의 홈 사이에 오도록 조정한다. 단, 이 때 Current Loop이 자석에 닿지 않도록 주의한다.④ Power Supply와 Ammeter를 그림 3과 같이 연결한다.0.01gramBalanceMainUnitCurrentLoopMagnetAssemblyLabStandMainUnitPowerSupplyAmmeter0-5A(Max.)A. 전류와 힘의 관계① 실험 장치를 꾸미고 도선의 길이가 42mm인 것을 사용한다.② 실험 장치와 전자저울의 수평을 잡는다.③ 자석묶음(6개)을 전자저울 위에 놓는다.④ 전자저울의 용기버튼을 눌러 자석묶음이 전자저울에 올려 있는 상태를 0.00g으로 맞춘다.⑤ 전류가 0.5A가 흐르도록 Power Supply를 조정하고, 이때의 무게를 측정하여 “자기력”칸에 기록한다.⑥ 전류를 0.5A씩 증가시켜 3.0A가 될 때까지 과정 ⑤를 반복한다.B. 도선의 길이와 힘의 관계① 실험 장치를 꾸민다.② 실험 장치와 전자저울의 수평을 잡는다.③ 자석묶음(6개)을 전자저울 위에 놓는다.④ 전자저울의 용기버튼을 눌러 자석묶음이 전자저울에 올려 있는 상태를 0.00g으로 맞춘다.⑤ 전류가 3A가 흐르도록 Power Supply를 조정하고, 이때의 무게를 측정하여 “자기력”칸에 기록한다.⑥ 전류경로의 길이를 측정하여 “도선의 길이”칸에 기록한다.⑦ Power Supply를 끄고, 전류경로를 다른 것으로 교체하여 과정 ⑤, ⑥을 반복한다.C. 자기장과 힘의 관계① 실험 장치를 꾸미고 도선의 길이가 84mm인 것을 사용한다.② 실험 장치와 전자저울의 수평을 잡는다.③ 자석을 한 개만 사용하여 자석묶음을 만들어 전자저울 위에 놓는다.④ 전자저울의 용기버튼을 눌러 자석묶음이 전자저울에 올려있는 상태를 0.00g으로 맞춘다.⑤ 전류가 3A가 흐르도록 Power Supply를 조정하고, 이때의 무게를 측정하여 “자기력”칸에 기록한다.⑥ 자석의 개수를 증가시켜 자석이 6개가 될 때까지 과정 ③~⑤를 반복하여 무게를 측정하여 기록한다.4) 실험 결과A. 전류-힘 관계B. 도선 길이-힘 관계C. 자기장-힘 관계전류 (A)자기력 (N)도선길이(mm)자기력 (N)자석수 (개)자기력 (N)0.50.16짧은것120.2410.361.00.31220.4720.701.50.46320.6330.942.00.6420.8941.222.50.75641.3951.473.00.88긴것841.6561.65그림 3.실험A 결과 그림 4.실험B 결과그림 5.실험C 결과5) 분석 및 토의[실험 분석]이번 실험을 통해서 자기력 산출 공식인F_m = I`LB`` sin theta``와 같이 자기장 내에 있는 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기, 즉 자기력이 도선의 길이와 자기장의 세기, 전류의 세기에 비례함을 알 수 있었다. 로렌츠의 법칙은 왼손 법칙이다.실험 A의 결과를 보면 전류가 증가함에 따라 자기력이 증가함을 알 수 있다. 실험 B의 결과를 보면 도선의 길이가 길어짐에 따라 자기력이 증가함을 알 수 있다. 실험 C의 결과를 보면 자석의 개수와 자기력이 정비례하지 않으므로 자석의 개수와 자기장의 세기는 1:1로 비례하지 않는다.

공학/기술| 2015.06.02| 4페이지| 1,000원| 조회(203)

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물실 2실험11 공명실험

물리학 및 실험2: 공명 실험학과 :학번 :조 / 이름 :실험일자 :1.실험 목적음파에 의해 플라스틱 공명관의 기주에 형성된 정상파로부터 공명진동수를 구하고 진폭의 최고점 및 최저점의 위치를 측정하여 파장을 계산함으로써 음속을 측정한다.2.관련 이론기주란 강체로 만들어진, 단면적이 일정한 세관 속의 공기를 말한다. 관 속의 공기를 진동시키면 안정된 정상파가 발생하여, 일정한 높이의 소리를 낸다.관에서 열린 쪽은 자유단이 되므로 반사파의 위상과 입사파의 위상이 같아서 중첩될 때 진폭이 두 배가 된다. 반면 막힌 쪽은 현의 진동처럼 고정단이 되기 때문에 반사파의 위상이 입사파의 위상과 반대가 되어 상쇄 간섭이 일어난다. 그러므로 기주의 진동에서 열린 곳은 항상 배가 되고 닫힌 곳은 마디가 된다.기주의 진동은 관의 모양에 따라서 다른 양상을 띠는데, 양쪽 끝이 열려 있는 관(개관)에서는 양끝이 배가 되는 정상파를 만들게 된다. 이 때 만들어지는 정상파는 현에서 만들어지는 정상파와 유사하다. 다만 현에서 만들어지는 정상파는 양끝이 마디인데 비해. 개관에서 만들어지는 기주의 정상파는 양끝이 배가 된다.관의 길이가 L인 개관의 진동에서 진동수 f를 구하는 공식은 현의 진동수를 구하는 방법과 같다.f={n} over {2L}#v(n=1,2,3,…)반면에 한쪽 끄이 막혀 있는 관(폐관)에서 기주의 정상파는 개관과 속성이 약간 다르다. 한끝이 막힌 관에서는 항상 막힌 쪽은 마디, 열린 쪽은 배가 되는 정상파가 생기기 때문에 기본 진동의 파장이 반 파장( {1} over {2} lambda )이 아닌{1} over {eqalign{4파장이 된다. 따라서 한쪽 끝이 막힌 폐관에서는 다음과 같은 공식이 도출된다.{1} over {4}(2n-1)=L그런데 파동의 속도v는 v=flambda 이므로,lambda 대신{v} over {f}를 대입하면, 기주의 진동수f는 다음과 같이 나다낼 수 있다.f={2n-1} over {4L}v3.실험 방법A. 공명주파수 측정① 공명관, 오실로스코프, 교류발진기를 설치하고 오실로스코프의 쓸기속도(sweep speed)를 약5ms/div, channel 1의 이득(gain)을 5mV/div로 맞춘다.② 먼저 열린관에 대해서 교류발진기의 출력진동수를 약 100Hz에 맞추고 스피커에서 소리가 들릴 정도로 진폭의 크기를 조절한 후에 오실로스코프를 스피커 출력에 트리거(trigger)한다.③ 진동수를 천천히 증가시키면서 소리를 주의 깊게 듣는다. 보통 교류발진기와 스피커가 고주파수에서 효율이 높기 때문에 진동수를 증가시키면 소리가 더 커지게 된다. 어느 정도 상대적으로 소리의 크기가 최대인 진동수를 찾은 후에 단자를 앞뒤로 조절하면서 소리 크기의 최대점을 보다 정확히 찾는다. 이 최대점이 바로 한 개의 공명방식이며 그 때의 진동수가 최소 공명진동수f _{o}로서, 이를 실험결과의 표에 기록한다.④ 진동수를 천천히 증가시켜서 새로운 공명진동수(f)를 찾은 후에 이를 기록한다.⑤ 계속해서 더 큰 공명진동수를 적어도 5개 이상 찾아서 기록한다.⑥ 피스톤을 관의 끝에 놓아서(피스톤 막대를 다른 적당한 물체로 지지해야 함) 닫힌 관의 형태를 만든 후에 위의 실험을 반복하여 그 결과를 표에 기록한다.⑦ 각 기주의 구조에 대해서(열린 관 또는 닫힌 관) 측정한 공명진동수(f)를 최소 공명진동수(f _{o})로 나눈 숫자들이 정수의 수열을 이루는지 점검하고 만약 그렇지 못하다면 어디에 오차가 있었는지 확인하여 다시 정확한 최소 공명진동수를 찾아본다.B. 음속 측정① 위 실험 A의 ①~③의 과정을 반복하여 공명진동수f _{o}를 찾는다.② 마이크를 단자용 지지대 끝에 달아서 스피커 설치대의 구멍을 통해 관안으로 집어넣는다. 마이크를 점점 더 깊이 안으로 넣으면서 오실로스코프 신호의 최대점과 최소점의 위치를 표시한다. 마이크를 끝까지 넣을 수 없을 정도로 단자선이 짧을 때는 관의 입구 쪽 끝을 조사하면 된다. 단 관의 열린 끝에서는 특별히 파동의 특성에 유의해야 한다.③ 적어도 6개의 공명진동수에서 위의 실험과정을 반복하여 그 결과를 기록한다.④ 그림 4-13과 같이 피스톤을 관에 넣고 마이크가 닿을 수 있는 최대지점까지 이동시킨다.⑤ 이와 같이 새로 구성된 닫힌 관 구조에 대해서 위의 시험을 반복하여 그 결과를 기록한다.⑥ 실험결과로부터 각각의 진동수에 대하여 파동의 형태를 모눈종이에 그려서 진폭의 최고점과 최저점을 찾아내어 파장을 구한다.⑦ 음속을 계산하여 (4)식에서 예상되는 값과 일치하는지 검토하고 그 결과를 분석하라.4.실험 결과A. 공명 주파수 찾기(1) 열린 관(2) 닫힌 관f0=95f0=96진동수(f)f/f0진동수(f)f/f01821.*************.9*************704.956666006.3B. 음속 측정(1) 열린 관공명 진동수 1공명 진동수 2마이크 위치마이크 위치최고점최저점최고점최저점45속도: 328m/s공명 진동수 3공명 진동수 4마이크 위치마이크 위치최고점최저점최고점최저점3332.5496176.5속도: 320m/s속도: 335m/s공명 진동수 5공명 진동수 6마이크 위치마이크 위치최고점최저점최고점최저점*************17275속도: 322m/s속도: 340m/s(2) 닫힌 관공명 진동수 1공명 진동수 2마이크 위치마이크 위치최고점최저점최고점최저점42.5속도: 323m/s공명 진동수 3

공학/기술| 2015.06.02| 4페이지| 1,000원| 조회(164)

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