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별의 진화

1. 태양의 질량별이 탄생하면 내부에서 핵융합이 계속적으로 일어나기 때문에 활발한 진화가 진행된다.별도 사람과 같이 탄생 후 성장하여 전성기를 거쳐서 노년기에 접어들고 마지막에는 죽게 된다.-별의 중심부(core)에서는 핵융합에 의해 열(에너지)이 발생하고 있는데 이러한 핵융합을 지속적으로 일으키기 위해서 수소원자가 많이 있어야 한다. 별이 갖고 있는 수소량의 약 20%가 별의 중심부에 있다. 주계열에 머물고 있는 동안 별의 중심부에 수소는 핵융합의 연료로서 사용되고 결국은 H2(헬륨핵)로 바뀐다. 수소가 다 소모되어 감에 따라 핵융합의 효율이 떨어지고 또 열공급이 줄어들기 때문에 별중심부의 온도가 급속히 저하한다. 온도가 떨어지면 핵융합을 일으키기 힘들게 된다. 그래서 별의 핵심을 둘러싼 수소층이 핵융합에 “쓰이지 않는 채 팽창하기 시작하여 핵융합의 효율이 떨어짐에 따라 일어나는 collapse를 막으려 한다. 결과적으로 적색거성으로 변한다. 팽창함에 따라 바깥쪽의 층이 식으면서 그 색깔이 빨갛게 변한 것이다. 즉 M 혹은 K class의 별로 바뀐다.-일반적으로 Main sequence에 있는 별이 적색거성으로 빨리 바뀌지만 Mira같은 천천히 변하는 별도 있다. 이러한 거성을 ‘불안정 적색거성’이라고 한다/ mira는 지구로부터 75pc(dir245광년_)떨어져 있으면 태양보다 약 200배나 큰 초거성이다-적색거성단계에 있을 때 collapse에 의해 수축한 별의 핵심은 아직도 충분히 뜨겁고 ‘He을 공급하지 못하게 되면 내부 압력(복사압)이 떨어져서 결국은 별이 무너지게 된다.-결과적으로 별이 작아지고 따라서 열에너지가 집중됨으로써 백색 고온상태 , 즉 백생왜성이 된다. 백색왜성은 태양보다 훨씬 작고, 훨씬 고밀도, 고온이다. 그 밀도는 물의 밀도보다 10만배 이상까지 도달하는데, 온도는 약 10000도~100000도정도로 태양표면보다 뜨겁다.-백색왜성은 1910년 하버드대학의 Henry pickering에 의해 발견되었다-대체로 A타입에 속하며 굉장히떨어지는 과정을 1946년에 되풀이 하였다. 즉 80년만에 되풀이한 것이다.-별은 죽을 때 화려하게 있는 힘을 다하여 폭발적 빛을 내고 죽는 경우도 있으나 조용히 사라지는 별도 있다. 특히 가벼운 별들이 이러한 죽음을 맞게 된다. 별이 가볍다, 무겁다고 할 때 , 태양을 기준으로 하는 경구가 많다. 가벼운 별이라고 하면 태양보다 반 밖에 되지 않은 질량을 가진 경우로부터 수배 큰 질량을 가진 경우를 말하며, 그 표면에서 내는 안정된 빛이 별의 내부로부터 공급되는 에너지가 고갈된 때 수그러지면서 그 생애를 마치게 된다. 내부에서 발생하는 에너지는 물론 핵융합에 의해 생산되는 것이고, 가벼운 별에서의 원소합성은 무거운 별에 비해 상대적으로 천천히 이루어진다. 원소합성이 정지되면 별 내부의 핵심부분이 하dig고 작은 별로 남게 되고 , 바깥부분은 팽창한 표면으로부터 우주공간에 천천히 흩어져 간다. 이렇게 조용히 일생을 마친 가벼운 별들의 잔해가 우주에 많이 떠돌고 있다.-홀로 서 있는 태양은 에너지 공급원으로서의 동반자가 없으므로 수십억년 후에는 적색 거성이 되고 결국은 백색 왜성으로 붕괴하게 된다. 핵융합이 더 이상 가능하지 않게 되면 열에너지는 차차 우주공간에 복사하게 되고 결과적으로 온도가 내려가면서 어두워지고 우리 눈에도 보이지 않은 정도인 흑색 왜성으로 변하면서 그 일생을 마친다. 그러나 태양보다 더 큰 질량을 갖고 있는 백색왜성으로부터 흑색왜성으로 붕괴되지 않고 초신성이 되면서 화려한 일생을 마치게 된다. 만약 태양이 지금보타 1.5배가량의 질량을 가졌다면 초신성으로 일생을 마칠 수 있었다.3. 초신성태양보다 질량이 1.4배 이상 더 큰 별들의 운명은 초신성 폭발이라고 하는 거대한 폭발을 일으키면서 그 일생을 마감하고, 중성자 별, 혹은 블랙홀이 탄생하기도 한다. 이 폭발로 은하전체가 수개월동안 환하게 빛난다. 그 밝기는 태양의 수억 배 내지 100억배나 되고, 날아간 가스는 초신성 잔해물로 X 선이나 전파를 발사한다.Supernova(초신성)는 흔한 현층이 폭발적으로 분출하게 된다. 이 모습이 초신성으로써 관측되는 것이다. 따라서 중심부의 핵심에 중성자 별이 남게 되는 것이다.1.별의 탄생항성, 행성계는 대부분 수소로 구성된 성간물질이 중력수축을 하게되어 태어나게 된다. 성간물질은 별들의 고향인 셈이다. 태양계를 예로 들어 설명하자면, 태양은 약 50억 년 전 성간물질이 중력수축을 해서 태어났다. 성간물질이 인력으로 압착되어 중심방향으로 수축을 함에 따라 성간물질 내부의 분자가 충돌하여 물질 내부의 온도는 서서히 상승하였고 마침내 중심온도가 1천만。C에 이르러 핵융합반응이 점화되어 태양이 빛나기 시작하였다. 다른 별들도 대부분 이런 과정을 거쳐 생성되며 이 과정을 원시성 단계라고 한다.이 과정에서 수축된 불질의 양이 대략 태양 질량의 1/10보다 작으면 분자의 충돌회수가 적어 중심온도가 1천만。C에 도달하지 못하여 핵융합이 점화되지 못해 별이 태어나지 못한다. 반대로 성간물질의 질량이 태양의 약 100배가 넘으면 중력수축이 일어날 때 내부의 온도가 너무 높아 여러 조각으로 나뉘어 여러 개의 별을 만든다. 이러한 과정으로 성단이 형성되는 것이다. 따라서 대부분의 별들의 질량이 태양의 1/10배보다는 크고 100배보다는 작다.일단 생성된 별은 물질을 중심으로 모으는 방향으로 작용하는 별의 전체 중력과 물질을 중심으로부터 바깥쪽으로 밀어내는 방향으로 작용하는 내부압력간의 평형을 스스로 조정하면서 수축과 평형을 반복하면서 긴 수명을 누린다.2.별의 진화 단계①주계열로의 수축원시성은 질량에 따라, 수 백만년 내지 수 천만년의 급속한 중력수축단계를 거친 후 주계열 단계에 이른다. 항성의 진화 단계에서 주계열 단계는 수소의 연소로써 시작된다. 이 때 중심온도는 약 4백만。C이다. 이때는 수소의 열 핵반응에 의한 에너지 공급이 이전 단계에서 보다 월등히 커져 주계열 단계의 개시와 더불어 광도의 거의 전부를 수소연소로 충당하게 된다. 핵에너지의 발생으로 준 평형상태에서 지속되던 수축마저 정지하면 별은 몇 차례의 진동을 하다가 된다. 적색거성의 바깥쪽에 있는 대기도 우주 공간으로 방출된다. 행성상 성운은 태양과 비슷한 별이 자체의 표면을 불어 날리면서 별로서의 최종 단계로 접근하고 있는 모습이다. 초신성은 자체의 물질을 격렬하게 우주공간으로 분출시킨다. 방출된 원자는 별의 내부에서 핵융합 반응으로 쉽게 만들어지는 것뿐이다. 수소는 헬륨이 되고, 헬륨이 탄소가 되고, 탄소가 산소가 되는 식이다. 거대한 별 속에서는 헬륨의 원자핵이 다시 추가되어 네온, 마그네슘, 규소, 유황 등이 된다. 이렇게 별들 중 질량이 작은 것을 제외한 대부분은 종말에 이르러 폭발하여 초신성이 된다. 여기서 초신성이란 글자 그대로 아주 밝은 신성이라는 뜻이다. 밤하늘에 새롭게 나타난 별 중에서도 아주 밝은 별을 의미한다. 하지만 실제로는 별이 태어나서가 아니라 별이 죽을 때 폭발하여 우리 눈에 밝게 보인다는 것임을 유의해야 한다. 만일 우리 은하계 내 가까운 곳에서 별 하나가 일생을 마치고 폭발하여 초신성이 된다면 대낮에 보일 만큼 밝다.②쌍둥이별, 쌍성은 신성으로2개의별이 서로 공전하는 쌍성은 흔하게 관측되고 있다. 실제로 우리 은하를 이루는 별 중 약 반 정도가 쌍성을 이루고 있고 그 중에는 3개 이상의 별이 서로 뒤엉켜 있는 것도 많다. 쌍성을 이루는 두 별은 같이 태어났다고 보아야 한다. 왜냐 하면 광대한 우주에서 두 별이 만나서 쌍성을 이룰 확률은 거의 0이기 때문이다. 그러나 별의 수명은 같을 수 없다. 왜냐하면 앞서 말한대로 질량이 큰 별일수록 수명이 짧기 때문이다. 따라서 쌍성에서는 아직 한 별이 아직 한창 젊을 때 질량이 더 큰 다른 별은 소멸단계에 있을 수도 있다. 예를 들어 한 별이 백색왜성이 되었다고 치자. (백색왜성이란 비교적 가벼운 별들이 종말에 이르러 폭발 대신 짜부라져 지구만한 별이 되는 것인데 그 밀도가 비교적 높다.) 이 경우 만일 두별 사이의 거리가 충분히 가깝다면 강한 중력을 가진 백색왜성은 상대적으로 구조가 허술한 동반성으로부터 물질을 빨아들이기 시작한다. 그런데 두별은진화되어 왔다. 만일 인력이 1g보다 훨씬 크다면 동식물이나 건물 등은 눌려서 무너지지 않도록 키가 훨씬 낮고 단단해 졌을 것이다. 그러나 인력이 상당히 강하더라도 빛은 평상시와 마찬가지로 일직선으로 나아갈 것이다. 그러나 인력이 10억 g에 접근하면 이상한 현상이 생긴다. 그전까지만 해도 직진하던 빛이 휘기 시작한다. 굉장한 인력 하에서는 빛도 영향을 받게 되는 것이다. 인력이 매우 강하면 아무 것도, 빛조차도 밖으로 나갈 수가 없다. 그런 곳이 바로 블랙홀이라는 곳이다. 만일 어떤 별의 밀도와 인력이 충분히 커지면 블랙홀이 되어 우주에서 자취를 감추고 만다. 블랙이라고 이름을 붙인 것도 그 때문이다. 빛도 그곳에서 나올 수 없다.실제로 아인슈타인은 태양 주변을 지나는 빛은 약 2초(1도=60분=3600초)정도의 각도로 휘어져야 한다고 예언하였고, 그 것은 곧 옳은 것으로 증명되었다. 질량은 변하지 않는다 하더라도 해가 점점 더 작아진다면 빛이 휘는 각도도 점점 커져야 한다. 그리하여 마침내 태양의 반지름이 3km보다 작아진다면 빛은 휘는 것이 아니라 아예 빨려 들어가게 된다.블랙홀의 질량에는 한계가 없다. 원리적으로는 약 10만 분의 1g 짜리부터 무한대의 질량을 갖는 것까지 모든 경우가 가능하다. 최근에는 별이 죽어서 남기는 블랙홀뿐 아니라 대부분 은하들의 중앙에 있는 것으로 믿어지는 태양의 1억 배정도 질량을 갖는 거대한 블랙홀에 관한 관측결과들도 속속 나오고 있다.4.정리별은 성간 물질이 중력수축하여 생겨난 뒤 오랜 기간 동안 수소연소를 하며 주계열 단계를 거친다. 그후 거성단계를 거치고 별의 크기와 질량에 따라 수명의 차이를 보인다. 별의 최후는 별의 질량에 달려있는데 주로 초신성이 되어 폭발한다. 또한 백색외성으로 수축하기도 하고, 폭발 후 중성자성이 되거나 블랙홀이 되는 경우도 있다. 쌍성의 경우는 두 별의 질량 차에 의한 수명의 차이로 신성이 된다.------------------------------------------------------다.

자연과학| 2017.12.13| 11페이지| 1,000원| 조회(185)

초신성, 신성, 별의 진화, 태양의 질량

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힘의 평형 레포트 평가A+최고예요

R E P O R T(힘의 평형)과 목 :담 당 교 수 :담 당 조 교 :소 속 :이 름 :공 동 연 구 자 :제 출 일 :1. 제목힘의 합성대를 이용하여, 여러 가지 힘이 작용할 때 이에 따른 힘의 평형 조건을 이루기 위해 작용되는 여러 가지 힘의 세기와 각 힘의 작용 방향에 따른 사이 각의 관계를 알아 보는 힘의 평형 실험2. 실험 목표힘의 합성대에서 조작변인을 각 힘의 작용하는 방향의 사이각으로, 통제 변인을 힘의 합성대의 기울기 및 높이, 포스 링의 질량, 실의 길이, 용수철 저울의 종류, Fa의 크기로 설정을 하고 종속변인을 Fb, Fc로 설정하여 힘의 사이각과 힘 Fa, Fb, Fc의 세기와의 어떠한 관계가 있는지 탐구하고, 힘의 평형을 위해서는 어떠한 식이 적용되는지 탐구한다.3. 실험 원리○ 힘역학에서 물체의 위치를 유지 또는 변경시키거나 물체의 형태를 변형시키려는 작용을 의미한다. 힘은 크기와 방향을 가지며, 그 힘의 방향은 가속되는 방향과 같으며 벡터로 표시할 수 있다. 벡터로 표시하면 힘의 방향을 화살표의 방향으로 나타내고 힘의 크기를 화살표의 길이로 나타낼 수 있다.힘을 벡터로 표시할 경우, 다른 힘과의 합성 및 분해가 용이하다.○ 힘의 합성과 분해임의의 물체에 여러 개의 힘이 작용할 때 여러 개의 힘이 동시에 작용하여 나타나는 하나의 힘으로 표현하기 위한 것이고, 힘의 분해는 물체에 하나의 힘이 작용하는 것을 여러 개의 힘으로 나누어 표현하는 것이다.○ 힘의 평형물체의 한 점에 두 개 이상의 힘이 작용하고 있는데도 불구하고 물체가 정지해 있거나 운동 상태의 변화가 없을 때 이들의 힘은 평형을 이루고 있다고 한다. 여러 힘이 평형을 이룬다는 것은 합력이 0이라는 뜻이며 물체가 평형 상태에 있을 때 물체는 정지 또는 등속도 운동을 한다.또, 여러 힘을 받고 있는 물체가 평형 상태에 있으려면 다음과 같은 두 가지 조건이 필요하다.① 제 1 평형 조건정역학적(정적, 선형적) 평형상태, 정지 또는 등속회전 운동상태를 유지하기 위해서는 모든 외력의도록 하였다. 이러한 힘을 표시하여 벡터 합을 구하는 데 기하학적인 방법(도식법과 작도법)과 해석법이 있다.① 기하학적인 방법㉠ 두 벡터의 합을 구하는 경우두 벡터를 한 쌍의 변으로 하는 평행사변형을 그려서 두 벡터가 만나는 점으로부터 평행사변형의 대각선을 그려서 구한다. 여기서 구한 대각선은 두 벡터의 합력의 크기와 방향을 나타낸다.㉡ 두 개 이상의 벡터들의 합을 구하는 경우 → 다각형법을 사용② 해석법(분해법)에 의한 방법두 벡터의 합은 sine, cosine의 삼각 법칙을 이용하여 해석적으로 구할 수 있다.이 방법을 이용하여 두 벡터vec {rmA}와rm vec { rmB}의 합력을vec { rmR}이라 할 때, 합력vec { rmR}의 크기는 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.| vec{rm R it} |``=`` sqrt {| vec{rm A}| it ` ^{2} ``+``| vec{rm B| it}` ^{2} ``+``2| vec{rm A| it} | vec{rm B| it} rm cos theta _{c} it}이때, 각theta_c는vec {rmA}와rm vec { rmB}의 사이 각이며, 힘vec {rmA},rm vec { rmB}와 또 하나의 힘vec { rmC}가 평형을 이루기 위해서는 힘vec {rmA},rm vec { rmB}의 합력vec { rmR}과 크기가 같고 방향이 반대인 힘vec { rmC}를 작용시키면 된다.4. 실험 기구 및 장치부 품 명규격( 가로 X 세로 )수량①힘의 합성대윗 판 반지름 : 20.1cm1②실34.8cm3③용수철 저울23.8cm X 3cm4④포스 링반지름 : 1.6cm1①②③④5. 실험 방법실험 Ⅰ : Fb와 Fc사이의 각에 따른 힘의 평형 관계 알아보기.조작변인 : Fb와 Fc의 사이 각(θ bc)통제변인 : 용수철저울의 종류, 실의 길이. 포스 링의 종류 및 질량, Fa의 힘의 세기종속변인 : Fb와 Fc의 세기실험 방법:① 합성대의 수평을 확인한다② 각 Fa와 Fb와 Fc사이의 사이각을 설정하고, 사이을 바꾸어 가며 3회 더 실시하고 각 실험은 위의 실험과 같이 10번 반복 측정을 실시한다.⑧이상의 결과들을 기하학적 방법과 해석법, 작도법을 구하여 실측치와 비교한다.6. 실험 결과(측정값)실험 Ⅰ : Fb와 Fc사이의 각에 따른 힘의 평형 관계 알아보기.조작변인 : Fb와 Fc의 사이 각(θ bc) = 120o통제변인 : 용수철저울의 종류, 실의 길이. 포스링의 종류 및 질량, Fa의 힘의 세기종속변인 : Fb와 Fc의 세기①FaFbFc회수힘(N )각도(θ bc)힘(N )각도(θ ac)힘(N )각도(θ ab)18.0N120o8.1N120o8.1N120o28.0N120o7.7N120o8.2N120o38.0N120o8.0N120o7.9N120o48.0N120o7.9N120o8.1N120o58.0N120o7.8N120o8.0N120o68.0N120o7.7N120o7.8N120o78.0N120o8.2N120o8.1N120o88.0N120o7.7N120o7.8N120o98.0N120o8.0N120o7.9N120o108.0N120o7.9N120o8.0N120o평균8.0N7.9N7.99N실험 Ⅱ : Fb와 Fc사이의 각에 따른 힘의 평형 관계 알아보기.조작변인 : Fb와 Fc의 사이 각(θ bc) = 60o통제변인 : 용수철저울의 종류, 실의 길이. 포스링의 종류 및 질량, Fa의 힘의 세기종속변인 : Fb와 Fc의 세기②FaFbFc회수힘(N )각도(θ bc)힘(N )각도(θ ac)힘(N )각도(θ ab)18.0N60o4.2N150o4.5N150o28.0N60o4.6N150o4.6N150o38.0N60o4.3N150o4.8N150o48.0N60o5.2N150o4.7N150o58.0N60o4.9N150o4.7N150o68.0N60o4.9N150o4.8N150o78.0N60o4.9N150o4.9N150o88.0N60o4.9N150o4.8N150o98.0N60o4.9N150o4.8N150o108.0N60o4.9N150o4.9N150o평균8.0N4.86N4.75N실험 Ⅲ : 0o5.0N160o4.7N160o38.0N40o4.7N160o4.7N160o48.0N40o5.2N160o4.8N160o58.0N40o4.8N160o4.9N160o68.0N40o5.0N160o4.9N160o78.0N40o4.9N160o4.8N160o88.0N40o4.9N160o4.7N160o98.0N40o4.7N160o4.8N160o108.0N40o4.9N160o4.8N160o평균8.0N4.86N4.85N7. 측정값 처리 및 분석1차(θbc = 120º θac = 120º θab = 120º)2차(θbc = 60º θac = 150º θab = 150º)3차(θbc = 40º θac = 160º θab = 160º)힘FbFcFbFcFbFc평균7.9N7.99N4.86N4.75N4.86N4.85N표준편차0.176383N0.137032N0.195505N0.12693N0.195505N0.206828N참값8.0N8.0N4.618802N4.618802N4.256711N4.256711N절대오차0.1N0.01N0.181198N0.181198N0.643289N0.643289N상대오차1.25%0.125%3.923048%3.923048%15.11235%15.11235% (x축 : θbc , 단위: º (y축 작용 힘, 단위:N) (x축 : θbc , 단위: º (y축 작용 힘, 단위:N)분석 :다음과 같은 표-1, 표-2를 확인해 보면 두 힘의 사이각과 작용하는 힘과의 관계에서 다음과 같은 두가지가 관계가 있다는 결론을 도출 할 수 있었고, 이론에서 설명한 것처럼,| vec{rm R it} |``=`` sqrt {| vec{rm A}| it ` ^{2} ``+``| vec{rm B| it}` ^{2} ``+``2| vec{rm A| it} | vec{rm B| it} rm cos theta _{c} it} 이라는 관계식이 성립한다는 점을 볼 수 있다.1. N법 + 작도법① 1차 실험③3차 실험 ②2차 실험분석 :다음과 같은 그림-1, 그림-2, 그림-3을 확인해 보면 벡터 합을 구용되는 힘을 측정하였기에 다양한 관점에서 오차가 생기게 되었다. 실험에서의 오차는 힘의 수평적으로 작용이 되었는지, 공중에 떠있는 실이 정확한 각도를 가르키고 있는지, 힘이 평형을 이루었을 때, 일정한 힘이 유지되었는지, 힘을 작용 시킬 때 힘이 떨리지는 등에 문제들로 오차가 생긴 것이라 생각이 든다. 실험에 임하였을 때, 수평적인 부분과 실의 방향이 정확한 방향을 유지하는지에 대해 신경을 쓰더라도, 사람이 일정한 힘을 계속 유지하는 일은 어려운 일이였다. 실험 결과를 보면, 1차와 2차의 실험 값의 오차값은 그리 높지 않아 측정이 굉장히 잘 이루어 졌지만, 3차 실험에서의 오차는 15%를 넘기며 높은 오차율을 보이고 있다. 실험을 시행함에 있어서 일정한 힘을 유지 못하고, 힘의 평형 조건을 제대로 지키지 못한 문제가 가장 크다고 생각이 든다. 앞으로 같은 실험을 실험하게 된다면, 수평을 유지하고, 일정한 힘을 주는 연습과 앞에서 제시한 여러 오차 발생 이유들을 보안하여 좀 더 정확한 실험을 진행 해야할 것이라 생각이 든다.- 토의힘의 평형에서는 Fa 라는 값을 통제변인으로 설정하여 Fb와 Fc 의 사이 각도를 조작변인으로 설정하여 실험을 진행하게 되었다. 이론에 따르면| vec{rm R it} |``=`` sqrt {| vec{rm A}| it ` ^{2} ``+``| vec{rm B| it}` ^{2} ``+``2| vec{rm A| it} | vec{rm B| it} rm cos theta _{c} it} 라는 식을 적용 하여 보았을 때 힘의 평형을 이루는 조건에 대해 숙지한 상태였지만, 실험에 있어 많이 미흡한 조건으로 실험을 하다보니 힘을 작용 시킬 때, 실이 같은 수평선상으로 유지 안됬던 경우도 있었고, 호흡과 몸의 떨림으로 측정 값을 확인하는데도, 정확한 값을 측정 못한 경우가 있었던 것 같다. 실험 식에 따르면 사이 각이 작아 질수록, 작용하는 두 힘의 크기는 작아져야 하는데, 3차 실험 같은 경우는 실험에 있어서 문제가 있었던 것이라 판독이 된.

자연과학| 2017.12.13| 9페이지| 1,000원| 조회(2,194)

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전자석 실험 결과 레포트

고급물리실험 및 지도법Ⅱ프 로 젝 트 결 과 보 고 서주제 : 전자석 실험○ 분야물리화학생물지구과학0※ 해당 분야에 ○표 하세요.팀 명1조소 속물리교육전공공동연구자구분학년학번이름1. 실험주제 : 전자석 실험2. 실험목적- 금속막대의 재질과 금속막대의 길이에 따른 자기력의 변화를 측정할 수 있다.3. 실험방법○ 실험 Ⅰ실험 Ⅰ 사진통제변인 : 테슬라 미터의 측정 위치조작변인 : 전압 1.0V 전류 0.17A, 전압 3.0V 0.52A , 전압 5.0V 0.85A, 측정 깊이종속변인 : 자기장의 세기① 전원공급장치를 연결한다.② 감은수 514의 솔레노이드를 연결한다.③ 테슬라미터를 준비하여 연결한다.④ 솔레노이드 내부의 자기장을 측정한다.⑤ 이론값과 비교한다.⑥ 전압과 전류를 조작하여 위의 실험을 반복한다.○ 실험 Ⅱ실험 Ⅱ 사진통제변인 : 전압 1.0V 전류 0.17A , 테슬라 미터의 측정 위치조작변인 : 물질 1, 물질 2, 물질 3종속변인 : 자기장의 세기① 전원공급장치를 연결한다.② 감은수 514의 솔레노이드를 연결한다.③ 테슬라미터를 준비하여 연결한다.④ 물질1의 자기장을 측정한다.⑤ 물질1을 솔레노이드 중앙 부분에 설치한다.⑥ 물질1이 솔레노이드 내부에 있을 때 물질의 길이에 따른 자기장을 측정한다.⑦ 물질2와 물질3으로 위의 실험을 반복한다.○ 실험 Ⅲ실험 Ⅲ 사진 통제변인 : 테슬라 미터의 측정 위치조작변인 : 물질 1, 물질 2, 물질 3 , 전압 , 전류종속변인 : 자기장의 세기① 전원공급장치를 연결한다.② 감은수 514의 솔레노이드를 연결한다.③ 테슬라미터를 준비하여 연결한다.④ 물질1의 자기장을 측정한다.⑤ 물질1을 솔레노이드 중앙 부분에 설치한다.⑥ 물질1이 솔레노이드 내부에 있을 때 물질의 길이에 따른 자기장을 측정한다.⑦ 전압을 변화시켜 위 실험을 반복한다.⑧ 물질2와 물질3으로 위의 실험을 반복한다.4. 실험데이터 및 분석○ 실험 Ⅰ 측정 데이터 및 분석1.0V,0.17A길이024681012측정값0.370.380.380.390.390.390.39이론값0.392210.392210.392210.392210.392210.392210.392213.0V,0.52A길이024681012측정값1.131.151.161.171.171.171.17이론값1.1997011.1997011.1997011.1997011.1997011.1997011.1997015.0v,0.85A길이024681012측정값1.81.91.91.91.91.91.9이론값1.961051.961051.961051.961051.961051.961051.961051. 오차율5.6627833.1131283.1131280.5634740.5634740.5634740.5634742. 오차율5.8098644.1427823.3092412.47572.47572.47572.47573. 오차율8.2124373.1131283.1131283.1131283.1131283.1131283.113128오차율 평균실험12.02실험23.3실험33.84다음과 같이 솔레노이드 내부의 측정 위치에 따른 자기장의 세기 측정 결과를 보면, 이론값과 측정값을 통한 오차율을 계산해 보고 평균지어 보면 2.02~3.84% 사이의 오차율을 보이며, 실험 1의 경우 6cm 이후에는 오차율이 0.3%로 이론값과 별 차이 없는 것으로 확인 되었다. 다음과 같은 오차율을 통해 솔레노이드 내부의 자기장의 세기는 동일하다는 조건 하에 다음 실험을 진행하게 되었다.○ 실험 Ⅱ 측정 데이터 및 분석1.0V,0.17A길이024681012대조군측정값0.370.380.380.390.390.390.39물질1측정값0.540.881.21.451.681.862.02물질2측정값0.380.380.380.380.380.380.38물질3측정값0.3780.3870.3880.3920.3940.3950.396물질1의 증가폭0.170.50.821.061.291.471.63물질2의 증가폭0.0100-0.01-0.01-0.01-0.01물질3의 증가폭0.0080.0070.0080.0020.0040.0050.006다음과 같은 실험 측정 값을 살펴보면, 물질1은 자기장의 세기가 지속하여 증가하게 되는데, 물질2와 물질 3은 변화가 없거나 아무 미미하게 표현되는 것으로 측정 되었다. 즉 물질 2와 물질 3은 솔레노이드 내에 넣어도, 자기장의 변화가 없으므로 비자성체 가까운 물질이라 판단할 수 있고, 물질 1 같은 경우에는 점차 증가하게 되므로, 상자성체임을 인지 할 수 있다. 실험 2에서는 물질 2와 3의 변화 거의 없다는 점에서 혹시라도 전압의 세기를 증가시켜 전류를 증가시킨다면 변화가 뚜렷하게 보이지 않을까라는 생각을 가지게 되었고, 이에 따라 조작변인을 전압, 전류로 설정한 실험 3을 시행하게 되었다.○ 실험 Ⅲ 측정 데이터 및 분석1.0V,0.17A길이024681012대조군측정값0.370.380.380.390.390.390.39물질1측정값0.540.881.21.451.681.862.02물질2측정값0.380.380.380.380.380.380.38물질3측정값0.3780.3870.3880.3920.3940.3950.396물질1증가폭0.170.50.821.061.291.471.63물질2증가폭0.0100-0.01-0.01-0.01-0.01물질3증가폭0.0080.0070.0080.0020.0040.0050.0063.0V,0.52A길이024681012대조군측정값1.131.151.161.171.171.171.17물질1측정값2.313.54.475.56.467.268.03물질2측정값1.121.151.151.161.161.161.16물질3측정값1.11.131.131.151.151.151.15물질1증가폭1.182.353.314.335.296.096.86물질2증가폭-0.010-0.01-0.01-0.01-0.01-0.01물질3증가폭-0.03-0.02-0.03-0.02-0.02-0.02-0.025.0v,0.85A길이024681012대조군측정값1.81.91.91.91.91.91.9물질1측정값5.78.110.211.61314.515.7물질2측정값1.841.881.891.911.921.921.92물질3측정값1.841.881.891.911.921.921.92물질1증가폭3.96.28.39.711.112.613.8물질2증가폭0.04-0.02-0.010.010.020.020.02물질3증가폭0.04-0.02-0.010.010.020.020.02물질1-1증가폭0.340.320.250.230.180.16물질1-2증가폭1.190.971.030.960.80.77물질1-3증가폭2.42.11.41.41.51.2위와 같은 결과를 분석하기 위해 물질 1의 세 그래프를 비교해보자. 마지막 표에서 볼 수 있듯이 전압이 증가함에 따라 물질을 솔레노이드에 넣는 길이에 따른 자기장의 변화 폭이 증가함을 알 수 있었다. 따라서 높은 전압을 걸어 주었을 때 물질의 넣는 길이에 따른 자기장의 세기가 일차함수의 형태로 나타난다고 생각할 수 있었다. 그러나 물질을 넣어준 길이에 따라서 자기장의 증가폭이 감소하는 것을 볼 수 있는데 이를 분석하여 그래프를 피팅 해본 결과 물질을 넣어준 길이에 따른 자기장의 세기가 일차함수의 형태가 아닌 루트 함수의 형태와 매우 유사함을 알 수 있었으며 루트 함수 앞에 곱해준 상수에 따라 물질을 구분할 수 있었다. 피팅결과로써B=a sqrtx +c 의 그래프 형태임을 알 수 있었고, 여기서 상수a는 자성체에 따른 고유한 값이며, 상수c는 물질의 최초 가지고 있던 자기장의 값이 된다. 여기서 상수 a와 c가 0이면 비자성체라고 볼 수 있다.5. 결론 및 고찰-고찰실험에 있어, 어떠한 물질인지 명확하게 알지 못했기에 실험의 방향에 변동이 있었다. 실험의 목적은 알 수 있었지만, 더 나아가 측정할 수 있는 실험을 설계하고 싶었지만, 실험재료의 부실을 통해 더 심화적인 실험을 하지 못한 점은 아쉽게 생각한다. 또한 솔레노이드의 길이가 좀 더 길었더라면, 조작변인의 폭을 늘려 좀 더 명확한 실험결과를 낼 수 있을 것이고, 측정할 물질을 측정 단위 만큼 절단이 가능했더라면, 더 정밀한 실험을 할 수 있었을 것이라 생각한다.-토의실험에 있어 물질이 순물질인 경우와 그 물질의 종류를 알 수 있었더라면, 자기 감수율과 외부 자기장을 측정하여, 이론값을 구할 수 있었을 것이다. 외부 자기장은 테슬라미터를 통해 측정이 가능하지만, 특정한 물질이 순물질인지, 혼합물질인지, 또한 물질의 종류를 알지 못한 상황이기에, 이론값을 설정 할 수가 없었다. 그렇기 때문에 우리 조의 프로젝트 실험에서는 물질에 따른 측정값을 통하여, 그래프를 통해, 물질들을 구분할 수 있었다. 순물질을 통한 실험을 하였더라면, 그 물질들의 자화밀도를 통해, 동일한 물질인지를 파악할 수 있을 것이고, 물질의 대한 측정값 비교를 통해 물질이 무엇인지를 밝혀낼 수 있을 것이다. 또한 이 프로젝트로 물질이 강자성체인지, 상자성체인지, 반자성체, 비자성체인지 물질의 성질에 대해 밝힐 수 있을 것이다. 또한 자성체들도 자성체마다 고유한 값을 가지고 있어 자성체들을 구분할 수 있을 것이다. 이 실험 결과를 이용하여 자성체의 종류를 구분하는 기구를 만들 수도 있을 것이다. 프로젝트 실험에 있어, 명확한 종류의 순물질을 이용하여 실험을 진행하였으면, 더 좋은 값들을 측정하고, 그들 사이의 관계를 밝혀낼 수 있을 것이다.

자연과학| 2017.12.13| 9페이지| 1,000원| 조회(144)

자기장, 솔레노이드, 전자석 실험 결과 레포트

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페러데이법칙을 이용한 유도전류 프로젝트 실험 결과보고서

일반물리학 실험-프로젝트 결과 레포트 -1. 제목Faraday 법칙을 이용한 유도전류 실험2. 목적이번 실험에서는 통제변인을 솔레노이드의 감은수, 에나멜선의 굵기, 자석의 세기로 설정을 하고, 조작변인을 자석에 회전 속도로 설정하여, 종속변인 값인 유도 전류량을 측정하여 Faraday 법칙의 법칙을 이해한다.3. 원리전류가 흐르는 솔레노이드는 자기장을 발생한다. 솔레노이드에서 발생한 자기장 내에 전류가 흐르는 도선에 존재하면 도선은 식(1)과 같은 힘을 받는다.B는 자기장의 크기이며, ? 은 도선의 길이, I는 도선에 흐르는 전류의 세기이다.(1)위의 벡터식을 크기만을 나타내는 스칼라로 바꾸어 크기만을 나타내면(2)이다.식(2)에 나타난 �求� 도선 ?에 흐르는 (+)전류의 방향과 솔레노이드 내부의 자기장 �♤瑛缺� 각이다.그리고, 솔레노이드 내부에서 생기는 자기장의 세기는(3)?은 솔레노이드의 단위 길이당 감긴 코일의 수이고, ��? 는 이 솔레노이드에 흐르는 전류의세기이다. 솔레노이드 내부에서의 자기유도의 크기는 균일하며, 솔레노이드의 중심축에평행하게 형성된다.�玧� �� 滅煎옵狼� ��?�撮�????????로 주어지지만 실제로는 공기 중의 투자율과 거의 동일한 값을 가지고있다전자기 유도를 Faraday 법칙에 의해 설명하자면솔레노이드 코일 안에서 자석의 코일 내부로 넣어주면 검류계의 바늘이 움직이는 현상을 나타내주는것인데, 이는 자석의 극을 바꿔주는거와 같은 원리이다. 즉 코일 내부에서 자석의 극을 변화시켜주지 않는다면 검류계는 0을 가르킨다. 이를 통해 자기장(자기력선)의 변화를 확인할 수있다. 이와같이 기전력원이 연결되어 있지 않아도 자기장의 변화에 의해 회로에 전류가 흐를 수 있으며 이 때 코일에 전류를 유도기전력(induced electromotive force)에 의해 형성된 유도전류(induced current)라고 한다.Faraday의 법칙과 Lenz의 법칙자기장vec{B}의 크기가 일정하고 면적이 A인 면을 통과하면 자기선속(magneticflux)은 다음과 같다.PHI _{m} = vec{B} `* hat{n} A=BAcos theta여기서hat{n}은 면 A에 수직한 단위벡터이고,theta 는hat{n}과 자기장vec{B}가 이루는 각이다. 자기 선속의 SI 단위는weber:W=T`*m ^{2} 이다.Faraday의 전자기 유도 법칙은 자기선속의 시간적 변화율과 형성되는 유도 기전력varepsilon 의 관계로 다음과 같다.varepsilon =- {d PHI _{m}} over {dt} ⑵식 ⑵는 회로를 지나는 자기선속이 시간에 따라 변화는 경우, 회로에 유도 기전력이 형성됨을 의미한다.여기서(-)는 자기선속이 시간에 따라 변화하면 이 변화를 상쇄시키는 방향으로 유도 기전력이 발생함을나타내고 이것을 Lenz의 법칙이라 한다.⑶ 교류 발전기의 원리와 직류 발전기균일한 자기장 내에서 일정한 각속도w로 회전하는 솔레노이드 고리를 생각하면, 솔레노이드 고리를통과하는 자기선속은PHI _{m} =B(hL)cos theta ⑶이다. 고리가 일정한 각속도w로 회전하므로 식 ⑶은 다음으로 표현된다.PHI _{m} =B(hL)cosw theta ⑷유도 기전력은 Faraday 법칙에 의해varepsilon =- {d PHI _{m}} over {dt} =hLB`*w`*`sin(wt) ⑸이고, N번 감긴 코일의 경우 유도 기전력은 다음과 같다.varepsilon =-N {d PHI _{m}} over {dt} =NAB`*w`*`sin(wt) ⑹여기서A=hL이고, 유도 기전력의 진폭은varepsilon _{max} =NAB`*w��sinwt�� ⑺4. 실험기구①②③종류규격(가로 X 세로 X 높이)수량① 전류측정기11.3 x 8.8 x 41② 선풍기24x 22.9 x 65.41③ 직접만든 솔레노이드반지름 1, 에나멜선 250번 감은 솔레노이드15. 실험 방법① 다음과 같이 실험의 위해 만든 솔레노이드를 선풍기 회전 쇠 부분에 연결한다.② 에나멜선 끝 부분을 칼로 긁어내어 전선을 연결한다.③ 전선 끝을 전류 측정기를 갖다 되어 실험 준비를 완료한다.④ 약풍 ? 미풍 ? 강풍 순으로 선풍기를 작동 시켜 생성되는 전류를 측정한다.⑤ 측정된 전류를 기록하고 측정된 값을 Faraday법칙을 적용시켜본다.6. 측정 결과통제변인 : 솔레노이드의 감은 수(250번)조작변인 : 선풍기의 풍속(자속의 속도)종속변인 : 유도전류1) 전류측정약풍(mA)미풍(mA)강풍(mA)1.5.296.7818.162.11.4612.1118.233.3.1720.5217.124.8.0298.985.9.156.6342.866.1.1120.4312.497.14.141.2516.978.14.8620.1215.849.13.884.7813.9410.10.2413.6813.34평균값9.13211.50317.7932) 선풍기 회전수 계산식원주 2πR = 6.28mm = 6.28×10^(-1)cm(실의 총길이)/( 6.28×10^(-1)cm ) = 회전한 바퀴수미풍 : (59.5cm)/(6.28×10^(-1)) = 94.75 바퀴약풍 : (81.2cm)/(6.28×10^(-1)) = 129.30바퀴강풍 : (86.1cm)/(6.28×10^(-1)) = 137.10바퀴3) 총회전한 각도(theta ) 계산식총 회전한 각도 = 2nπ미풍 : 총 회전한 각도(theta ) = 595.03 rad약풍 : 총 회전한 각도(theta ) = 812.00 rad강풍 : 총 회전한 각도(theta ) = 860.99 rad4) 각속도 계산식w= {theta } over {t} (t = 1s)미풍 :w = 595.03 rad/s약풍 :w = 812.00 rad/s강풍 :w = 860.99 rad/s5) 각속도를 이용하여 속도를 구하는 계산식v = Rω (R = 1mm)미풍 : v = (595.03 rad/s) × (10^(-3)m) = 0.59503 m/s약풍 : v = (812.00 rad/s) × (10^(-3)m) = 0.81200 m/s강풍 : v = (860.99 rad/s) × (10^(-3)m) = 0.86099 m/s6) 값 비교미풍약풍강풍회전수94.75 바퀴129.30바퀴137.10바퀴총회전한 속도theta 595.03 rad812.00 rad860.99 rad각속도w595.03 rad/s812.00 rad/s860.99 rad/s속도0.59503 m/s0.81200 m/s0.86099 m/s유도전류 i9.132 mA11.503 mA17.793 mA7. 분석i= {BLv} over {R} (1)의 식과v=Rw (2)라는 식을 이용하여,자석의 회전률과 솔레로이드에 유도되는 전력이 비례하다는 것을 알아보는 실험 이었다.예상했던 것과 같이 자석의 회전속도, 이 실험에서는 회전하는 각속도가 빠를수록 유도 전류의 세기도 더 크게 측정되는 것을 볼 수 있었다.위의 (1), (2)의 식을 합쳐본다면i=BLw (3)라는 식이 나온다. 여기서 B와 L은 통제변인이므로 값에 영향을 주지 않는다. 그렇다면 이번실험에서 유도전류i 와 각속도w 의 증가량이 같아야 하는데 그러지 못했다.이번 실험에서 미풍, 약풍, 강풍 일 때 각속도의 비율이1 : 1.36 : 1.45인 것에 비해 유도된 전류의 양은1 : 1.26 : 1.95정도였다.각속도와 유도전류가 같은 비율로 증가함을 보이려 했으나 같은 비율로 증가하는 것을 관찰하는 것에는 실패했지만 각속도와 유도전류가 서로 비례하며 영향을 준다는 것을 알 수 있었다.8. 고찰이번 실험에서 아쉬운 점이 있다면 선풍기 바람을 이용하여 바람의 세기로 이용한 실험을 하려 했으나, 만든 솔레노이드의 중심축 부분이 쇠 막대를 사용하는 바람에 충분한 세기에 바람을 이용하지 않는다면 돌지 않는 부분 때문에 선풍기의 쇠부분을 이용한 각속도에 따른 유도 전류 부분을 실험 하게 되었다. 실험 결과 부분으로 유도 전류와 각속도가 비례한다는 점을 알수 있으나 유도 전류라 그런지 실험하는 부분에서 일정한 전류가 나오는 것이 아니기에 아쉬운 점이 많았다. 이렇게 일정하지 않는 전류가 생성된다는 것이 솔레노이드 부분의 문제인지 선풍기 심과 실험 재료의 쇠막대의 연결 부위 문제인지 다음에 비슷한 실험을 하게 된다면, 이번 부분을 보안하여 실험을 실행해야겠다.9. 토의다음 이 실험을 다시 실행 하게 된다면 이번에는 선풍기 바람기 모드도 설치 하고 바람에 의해 작동하는 솔레노이드를 만들어 보고 싶다. 이번 실험은 바람의 날개 부분을 만들었으나 너무 부실하였고, 축이 되는 부분을 쇠 막대로 사용하다보니 회전에 있어서 무리가 생기게 되었고, 바람의 그대로 전달이 되지 않았다. 따라서 다음 실험에서는 축이 되는 부분을 좀더 가볍고 힘이 그대로 전달될수 있게 설정하여 실험을 진행한다면, 바람의 세기에 따른 유도전류를 측정 할수 있을 것이고, 또한 날개의 면적과 각도에 따른 유도 전류 생성 차이, 즉 힘의 세기에 따른 유도전류 생성을 더 확실하게 측정할 수 있을 것이라 생각이 든다.

자연과학| 2017.12.13| 9페이지| 1,000원| 조회(1,007)

유도법칙, Faraday 법칙, 페러데이법칙을 이용한 유도전류 프로젝

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R E P O R T(쿨롱의 법칙)1. 제목 : 쿨롱의 법칙 실험2. 목적 : 두 대전체 사이에 거리가 일정할 때, 생겨나는 쿨롱의 힘과 대전된 전하의크기와의 관계를 알아본다.3. 원리가. 쿨롱의 힘전하를 띤 물체를 대전체라고 한다. 이런 대전체 사이에는 자석과 힘이 발생하는 데,같은 종류의 전하를 가진 대전체 사이에는 척력이, 다른 종류의 전하를 가진 대전체 사이에는 인력이 작용한다.쿨롱(C.Coulomb)은 이와 같은 전기적 힘이 두 대전체가 띈 전하량과 대전체 사이의 거리에 의해 어떻게 다른지 실험을 통해 분석하였다. 결과, 쿨롱은 이 전기적인 힘은 두 전하량의 곱에 비례하고, 대전체 사이의 거리의 반비례한다는 사실을 밝혀내게 된다.이를 쿨롱의 법칙이라 하며 이를 수식으로 적으면 다음과 같이 주어진다.F=k {LEFT | q _{1} RIGHT | LEFT | q _{2} RIGHT |} over {r ^{2}} (k`:`상수) 시간이 지난 후 이 상수 값k 값은k= {1} over {4 pi varepsilon _{0}} `( varepsilon _{0} =8.854 TIMES 10 ^{-12} C ^{2} /(Nm ^{2} )) 값으로 밝혀진다. 따라서 쿨롱의 법칙을 다음과 같이 표현한다.F= {1} over {4 pi varepsilon _{0}} {LEFT | q _{1} RIGHT | LEFT | q _{2} RIGHT |} over {r ^{2}} ( varepsilon _{0} `:`8.854 TIMES 10 ^{-12} C ^{2} /(Nm ^{2} ))나. 실험 원리과 같이 실험을 준비합니다. 이때 두 전극 판에 전압을 걸어주었을 때, 두 극판은 크기가 같고 부호가 반대인 평행판 축전기가 형성된다. 이때, 각각의 전극에 걸린전하량을 +q, -q라고 하고, 두 전극 판 사이의 전위차를 V라고 할 때, 축전기에 전하량과전위차 사이에는 다음과 같은 식이 성립한다.q=CV 이때, C는 축전기의 전기용량이며, 특히 평행판 축전기일 경우, C는C= varepsilon _{0} {A} over {d} (A`:`각`판의`내부`표면`면적,`d`:`두`극판사이`간격)이 성립한다.축전지를 대전시키기 위해서는 외부에서 일을 해주어야 한다. 먼저, 하부 전극(-극으로충전되는 전극판)에서 상부 전극(+극으로 충전되는 전극판)으로 미소전하 dq를 옮기는 데필요한 일은dW= TRIANGLE V`dq= {q} over {C} dq 이며, 최종값 q까지 대전시키는 데 필요한 일은 다음과 같다.W= int _{} ^{} {dW= int _{0} ^{q} {{q} over {C} dq}} = {q ^{2}} over {2C} 이렇게 충전할 때 한 일은 축전기에 퍼텐셜 에너지 U로 저장된다. 따라서 다음과 같이쓸 수 있다.U= {q ^{2}} over {2C} = {CV ^{2}} over {2} 이때, 일은 다음과 같이 쓸 수 있으므로,W=F CIRC d= {CV ^{2}} over {2} 이고, 단면적이 A이고 거리가 d만큼 떨어진 평행판 축전기에 걸린 힘은 다음과 같이 쓸수 있다.F`= {CV ^{2}} over {2d} = varepsilon _{0} {AV ^{2}} over {2d ^{2}} 이 때, 저울 위에 놓은 하부 전극이 받는 중력 F는F=mg(g:중력`가속도) 이므로, 두 힘 사이의 평행을 이루었을 때, 하부 전극의 감소된 질량 m은 다음과 같다.m= varepsilon _{0} {AV ^{2}} over {2d ^{2} g}4. 실험 기구- 마이크로미터(최대 이동거리 25.5mm)- Kilovolt DC/AC 전원공급기(SG-7802D) : DC 0~15kV, AC 6.3V- 전자저울(CAT. IB-310) : 0.01g단위, 0.4g~310g- 고압연결선- 지름 125mm 전극 판 2개5. 실험 방법1) 과 같은 방식으로 실험 기구를 준비한다.2) 상부 전극과 하부 전극에 고압연결선을 연결한다.3) 마이크로미터를 조절하여 두 전극 판 사이의 간격을 점차 줄이다가 전자저울의 무게가변하는 순간 때, 마이크로미터의 값을 측정한다.4) 측정한 값을 기준으로 5mm 만큼 두 전극 판을 떨어뜨린다.5) 전자저울의 영점 조절을 한다.6) 고압연결선을 전원공급기에 연결한 후, 전원공급기의 전원을 킨다.7) 전압을 서서히 조정하면서, 감소한 질량을 기록한다.8) 두 전극 판 사이 간격을 변화시킨 후 앞의 실험을 반복한다.※ 실험상 주의 사항가) 공기의 유전강도는 3 kV/mm 이므로, 간격에 비해 너무 높은 전압을 주지 않도록한다.나) 저울은 매우 민감하므로, 반드시 수평은 맞춘다.다) 전원에는 높은 전압이 흐르므로 취급 시 주의한다.6. 실험 결과가. 측정값a. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 5mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)5000.0610000.2115000.5020000.8125001.2930001.8635002.5240003.3045004.1650005.22b. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 6mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)6000.0412000.2018000.5124000.9030001.3636001.9842002.6348003.4454004.3160005.26c. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 7mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)7000.0514000.2221000.4928000.8435001.3842002.0149002.6956003.4463004.4170005.24d. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 8mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)8000.0316000.2224000.4832000.8840001.3748001.9456002.4964003.2972004.2280005.19e. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 9mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)9000.0718000.2327000.5136000.9045001.4054001.9963002.6572003.5081004.4090005.40f. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 10mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)10000.0420000.2130000.5140000.9150001.3960001.9570002.6580003.5090004.58100005.26g. 두 전극 판 사이 간 사이 간격 : 11mm전압(V)실험값(g)이론값(g)상대오차(%)11000.0422000.2433000.5244000.9255001.4066001.9877002.7588003.4799004.34110005.24ATT 상대`오차`= LEFT | {실험`값`-`이론`값} over {이론`값} RIGHT | TIMES 100(%)나. 도표줄어든 질량(g)V와 d의 비율(TIMES 2 TIMES 10 ^{6} V/m)7. 실험 결과V와 d의 비율 값에 대하여, 도표와 같은 그래프를 구할 수 있다. Mathematica를 이용하여, 기댓값에 대해 통계 처리한 결과 위와 같은 2차 함수 그래프를 얻을 수 있었다.이때, x = V와 d의 비율(TIMES 2 TIMES 10 ^{6} V/m), y= m (g) 라고 할 때, 다음과 같은 곡선의 방정식을 얻을 수 있다.-0.0939999999999998+0.00*************49317 x +3.85*************x2이를 통해 x는 이차함수 그래프와 매우 근접하다는 사실을 알 수 있다. 이는 약간의 오차가 있으나, x와 y 사이에는 제곱의 비례 관계가 근접하게 성립한다는 사실을 확인할 수 있다.오차 발생 이유로는 다음과 같이 추정할 수 있다.a. 실제 유전율varepsilon _{0}가 실제 공기 내에서는 약간 큰 값을 갖는다.b. 고압연결선 및 전극 판에 의한 저항에 의한 에너지 손실이 이루어졌을 것이다.c. 실험에 사용된 고압전압기는 정교하게 100V단위로 전압을 주기 힘들다.d. 이론상 평행판 축전기에는 가장자리 효과를 무시하였다.이는 위 실험에서 통제하기 힘든 변인 요소로 판단되므로, 위 상대오차가 발생할 수 있다고 생각한다. 따라서 실험은 비교적 성공적으로 하였다고 판단할 수 있다.8. 고찰 및 토의가. 고찰쿨롱의 법칙 실험을 실험해보았는데, 이 실험은 두 전극판 사이에 전기적인 힘인 쿨롱의 힘이 작용하여 두 전극판 사이의 길이가 일정한 간격을 유지한 상태에서 전하량 q를 증가시킨다면, 그 힘이 증가하여 두 전극판의 힘은 V와 d의 비율의 제곱의 비례한다는 사실을 알 수 있었다.아쉬운 점이 있다면 전극판을 수평을 맞춘후에 두 전극판 사이의 거리부분에서 오차가 생겼을 것이라는 점과, 한 차례 실험 후에 남아있는 전하를 소멸시킨후에 다음 실험을 진행시켜야 하는데 시간상 제약으로 그렇지 못한점이 아쉽다고 생각한다. 또한 이 실험을 진공상태에서 실험한다면 오차를 만들어 내는 다양한 조건들을 줄일수 있지 않을까라는 생각을 하게 되었다.나. 토의실험을 진행함에 있어 수평을 맞춤에도 정확하다고 생각하였으나, 오차가 발생한 것으로 보이고, 공기중에서의 유전률이 달라지는게 오차가 생긴 가장 큰 이유라고 생각이 든다.미세한 차이로 실험을 진행함에 있어 수평이 거리 조절에 가장 큰 부분을 차지하게 되고, 또한, 1차 실험 후에는 남아 있는 전하들로 무게가 달라지기 때문에 남아있는 전하들로 실험 결과가 달라진 것이라고 생각이 든다.

자연과학| 2017.12.13| 8페이지| 1,000원| 조회(1,075)

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