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헬름홀츠 예비

2011년 11월 14일 월요일헬름홀츠 코일에서의 자기장 측정예비 리포트5조 홍길동화학공학과1111111111홍길동1. 실험목표헬름홀츠 코일 배치에서의 자기장의 공간적 분포상태를 디지털 가우스 메터를 사용하여 측정한다.2. 실험이론1) 자기장 [magnetic field] 란 무엇인가?자기장(磁氣場, magnetic field)이란 자기력이 미치는 공간을 말한다. 움직이는 전하, 즉 전류는 자기장을 만들어낼 수 있으며, 양자역학에서는 전자의 스핀이 전류와 같은 역할을 하여 자기장을 만들어낸다고 생각한다. (이것이 강자성체가 영구자성을 띠는 원리이다.) 자기장은 벡터장으로, 그 방향은 자기장 안에 있는 나침반이 가리키는 방향과 같다.2) 비오-사바르의 법칙 [Biot-sarvart]비오-사바르 법칙은 전자기학과 공기역학에 사용되는 물리 법칙이다. 전류밀도와 주변 자기장의 관계를 말한다.※3) 단일 코일의 중심 축 상에서의 자기장4) 동일한 축을 가진 두 코일의 중심 축 상에서의 자기장단일코일에 의한 X=R/2 에서의 자기장헬름홀츠 코일의 중심에서의 자기장3. 실험기구 및 장치① 실험 받침대② 헬름홀츠 코일③ 전원 장치(전류 공급모드)④ 가우스 메터⑤ 측정용 프로브⑥ 프로브 클램프⑦ 지지 대 및 이동 장치⑧ 연결선4. 실험방법(1) a=R의 헬름홀츠 코일 배치에서 중심에서의 자기장 밀도를 전류의 함수로 측정하여 식(9)을 이용하여 진공 중의 투자율을 계산한다.(여기서 R은 코일의 반경, a는 두 코일사이의 거리).(2) a=R의 헬름홀츠 코일 배치에서 축 방향의 자기장 밀도를 일정 전류 하에서 측정한다.(3) 코일 간의 간격을 변화시키면서 중심축 상을 따라 자기장의 밀도를 측정한다.(4) a=R의 헬름홀츠 코일 배치에서 코일 내의 공간적인 자기장 분포를 측정한다.① 자기장의 축 성분② 자기장의 반경 성분(5) a=R의 헬름홀츠 코일 배치에서 한 쪽 코일을 쇼트시킨 상태에서 자기장의 반경 성분을 측정하고, 차례로 다른 똑 코일을 쇼트시키고 측정한다.실험 1. 코일의 간격이 a=R일 때 코일들의 중심 축에서 전류의 함수로 자기장의 밀도를 측정한다. (여기서 R은 코일의 반경, a는 두 코일사이의 거리)(1) 헬름홀츠 코일을 측정용 판 위에 설치한다. 코일 간격을 a=R로 설치한다.전원과 각 코일이 직렬로 연결되도록 한다.(2) 코일을 설치할 때 지지 레일에 코일 받침대가 맞닿도록 밀어 설치한다.수평 프로브를 지지대와 이동 장치에 설치한다. 이때 프로브의 면이 수직으로 놓이도록 조절한다.(3) 전원장치의 스위치를 켜고 전류를 증가시키면서 가우스 메터의 측정치를 기록한다.(이때 전류의 방향에 의해 측정치 값이 다르므로 측정치가 크게 나오는 방향으로 설치하여 측정한다. 전류의 방향을 바꾸려면 전원의 양 단자를 바꾸어 연결시킨다. -전원 단자를 바꾸어 연결할 때 반드시 전류를 최소로 한 다음에 단자를 바꾼다.)(4) 전류 대 자기장의 함수로 그래프를 그리고 기울기로부터 진공 중의 투자율을 계산한다.실험 2. 코일의 간격이 a=R일 때 z축을 따라 자기장 밀도를 측정한다.(1) 코일을 측정용 판 위에 설치하고 연결선을 이용하여 전원장치와 연결한다. 이때 코일이 직렬 로 연결되도록 한다.(2) 수평 프로브를 양 코일의 중앙에 오도록 설치한다.(3) 전원 장치와 가우스 메터의 스위치를 켠다.(4) 전원 장치의 전류를 5A로 설정한 다음 프로브를 축 방향으로 이동하면서 측정 위치에 따른 가우스 메터의 측정치를 기록한다.(측정 전에 프로브의 측정치가 크게 나오는 방향을 잡기 위하여 전류의 방향을 바꾸어 가면서 자기장 밀도를 측정하여 측정치가 크게 나오는 방향으로 전류가 흐르게 하여 설치한다.)2.5.3 코일 간격이 a=R의 경우의중심에서의 자기장 측정실험 3. 코일 간의 위치에 따른 축 방향에 따른 자기장 밀도 측정(1) 코일 간의 간격이 a=R/2의 위치에 설치한다.(2) 전원을 연결하고, 수평 방향 프로브를 양 코일의 중앙에 오도록 위치시킨다.전류를 5A로 고정하고 축 방향의 위치의 함수로 자기장의 밀도를 측정한다. (이때 전류의 방향을 바꾸어 보아 큰 측정치가 나오는 방향으로 전류가 흐르도록 하여 설치한다.)(3) 프로브의 위치를 10mm씩 이동시키면서 측정한다.(4) 코일 간의 간격을 a=R로 설정하고 축 방향으로의 자기장 밀도를 위와 같은 방법으로 측정한다(실험2에서 실시한 경우에는 생략한다).(5) 코일 간의 간격을 a=2R로 설정하고 위와 같은 방법으로 측정한다.(이때 측정판의 크기가 한정되어 있으므로 측정폭이 크지 않음을 유의해야 한다.)2.5.4 코일간의 간격을 이동하면서 측정실험 4. a-R의 헬름홀츠 코일 배치에서 코일 내의 공간적인 자기장 분포를 측정한다.① 자기장의 축 성분② 자기장의 반경 성분(1) 코일간의 간격이 a=R이 되도록 설치한다.(2) 그림 2.5.5처럼 양 코일의 중심에서 거리 r만큼 벗어난 상태에서 각각 축 방향으로의 자기장 밀도를 측정한다,.(이때 전류는 5A로 고정시킨 상태에서 실시한다. 이때도 측정치가 크게 나오는 방향으로 전류가 흐르게 하여 측정한다.)(3) 위의 배치상태에서 프로브를 수직방향 프로브로 대치한 다음 위의 과정을 되풀이하여 반경방향의 자기장 밀도를 측정한다. 이때 원점에서 한 쪽 방향을 선택하여 측정하게 되는데 반대 방향은 대칭에 의하여 그릴 수 있다. 이때도 측정치가 크게 나오는 방향으로 하고 측정을 실시한다.

자연과학| 2012.05.28| 6페이지| 1,000원| 조회(131)

물리실험, 화학공학, 양자역학, 헬름홀츠, 전원장치, 실험이론, 분포상태, 반경성분, 배치상태

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콘덴서 예비

2011년 10월 10일 월요일콘덴서 충방전예비 리포트5조 홍길동화학공학과1111111111홍길동1. 실험목표저항과 콘덴서로 이루어진 회로에서의 전류의 시간적 변화, 충 방전 과정을 알아본다.2. 실험이론1) 콘덴서란 무엇인가?콘덴서란 전기를 저장할 수 있는 장치, 우리말로는 “축전기”라고 하고 영어로는“CAPACITOR”라고 한다. 콘덴서의 기본구조는 유전체와 전극이다. 학교에서 배우는 평판콘덴서의 기본구조는 양 전극사이에 유전체가 삽입된 간단한 것이다.콘덴서는 기본적으로는 2장의 전극판을 대향시킨 구조로 되어 있다. 두개의 극판을 서로 닿지 않도록 평행하게 놓았을 때 외부에서 전원을 연결하여 회로를 구성하면, 양 극판에는 전자에 의해 음(-)과 양(+)의 전극으로 대전 상태(전기가 모여있는 상태) 가 된다. 극판은 대전되면 전원의 회로를 끊어도 대전된 상태로 남아 있게 되는데 이러한 현상은 전기가 저장됨을 의미하고 이러한 현상을 충전 상태라고 하며, 여기에 직류전압을 걸면, 각 전극에 전하(電荷)라고 하는 전기가 축적되고, 축적하고 있는 도중에는 전류가 흐르게 된다. 축적된 상태에서는 전류는 흐르지 않게 된다. 전류가 흐를 수 있는 길이 없으므로 대기 중에서 자영 방전되는 것이다.이러한 콘덴서 역할을 효과적으로 하기위해서는 두 극판간의 간격은 좁을수록, 면적은 클수록 효과적이다. 10μF 정도의 전해 콘덴서에 아날로그 미터식 테스터를 저항 측정 모드하고 접속하면 순간전류가 흘러 테스터의 바늘이 움직이는 것을 알 수 있으나 바로 0으로 되고 마는데, 그렇지 않다면 콘덴서 불량일 경우이다. 테스터의 접속 방법(콘덴서의 리드에 접속하는 테스터의 측정봉)을 반대로 하면 역시 순간 전류가 흐른다는 것을 알 수 있다.전극으로는 모든 도체가 가능하나 제조공정상 값이 싸고 납땜성 등 가공성이 우수하며 산화가 잘 되지 않는 기본적인 특성을 갖추어야 한다. 필름콘덴서의 전극으로는 알루미늄과 아연이 사용되고 세라믹콘덴서에서는 은, 구리, 니켈, 팔라듐이 사용된다. 전해콘덴서에서는 알루미늄, 탄탈륨 등이 사용되고 있다.2) 콘덴서의 분류a) 유전체에 따른 분류분류 방법 중 가장 많이 사용하고 있다. 플라스틱 필름콘덴서, 세라믹콘덴서, 탄타륨콘덴서, 전해콘덴서, 마이카콘덴서, 종이콘덴서 등이 있으며 각각의 유전체에 있어서도 특성이나 조성에 따라 많은 종류로 세분된다.b) 형상에 따른 분류제품 형상에 따른 분류방법으로서 공식적인 분류로 사용되기보다는 제조 현장이나 상담 시 편의적으로 이용되는 경우가 많다. 권취형 콘덴서, 원통형 콘덴서, 사각형 콘덴서, 원판형 콘덴서, 칩 콘덴서, 적층형 콘덴서, 관통형 콘덴서 등으로 분류된다.c) 기능에 따른 분류전기, 전자회로에서의 기능과 용도에 따라 역률보상용 콘덴서(전력용 콘덴서), 접지보상용 콘덴서, 써지 흡수용 콘덴서, 에너지저장용 콘덴서, 전류용 콘덴서, by-pass용 콘덴서, coupling콘덴서, 동조/발진용 콘덴서, 필터용 콘덴서 등이 있다.d) 전압이나 SET제품에 따른 분류고압콘덴서, 저압콘덴서, 교류용 콘덴서, 직류용 콘덴서, 전기기기용 콘덴서, 전자렌지용 콘덴서, 방전등용 콘덴서, 전자기기용 콘덴서 등으로 분류한다.3) 콘덴서의 충전과 방전콘덴서와 저항이 직렬로 DC 전원에 연결되어 있을 때, 충전율은 시간이 지남에 따라 감소한다. 충전 전류는 다음의 식으로 주어진다.(1)여기서,는 t=0 일 때의 전류이며, R 은 저항이고, C 는 콘덴서의 용량이다.콘덴서 양단의 전압은 다음의 공식에 따라 점진적으로 증가한다.(2)여기서,는 전원의 기전력이다.충전된 콘덴서가 저항에 연결되면, 콘덴서는 방전을 시작한다. 이 때, 콘덴서 양단의 전위차는 지수 함수적으로 감소한다.(3)여기서,는 콘덴서의 초기 전압니다.공식 (3)의 자연로그 식은 다음과 같이 주어진다.(4)는 시간의 함수로서, 기울기을 가지는 직선이다.3. 실험기구 및 장치① 콘덴서 충방전 용 측정 명판② 전원장치③ 콘덴서 팩④ 저항팩⑤ 초시계⑥ 디지털 멀티메타 혹은 검류계⑦전류측정용 저항4. 실험방법⑴ 그림과 같이 전원장치, 저항, 콘덴서, 전류계 및 전압계 등을 설치한다.이 때 콘덴서의 극성에 주의하여 팩을 설치하고, 스위치는 중앙에 놓이게 한다.측정용 명판⑵ 디지털 스톱워치를 준비하고, 전원스위치를 적당한 전압까지 올린다.

자연과학| 2012.05.28| 5페이지| 1,000원| 조회(112)

대학물리학, 물리실험, 멀티메타, 제조공정, 전원장치, 직류전압, 실험이론, 역률보상, 순간전류

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직선도체 예비

2011년 11월 7일 월요일직선도체 외부에서의 자기장예비 리포트5조 홍길동화학공학과1111111111홍길동1. 실험목표전류가 흐르는 직선 도체 주위에는 자기장이 형성된다. 직선 도체로부터의 거리와 흐르는 전류의 함수로 자기장을 측정한다.2. 실험이론1) 자기장 [magnetic field] 란 무엇인가?자기장(磁氣場, magnetic field)이란 자기력이 미치는 공간을 말한다. 움직이는 전하, 즉 전류는 자기장을 만들어낼 수 있으며, 양자역학에서는 전자의 스핀이 전류와 같은 역할을 하여 자기장을 만들어낸다고 생각한다. (이것이 강자성체가 영구자성을 띠는 원리이다.) 자기장은 벡터장으로, 그 방향은 자기장 안에 있는 나침반이 가리키는 방향과 같다.2) 로렌츠의 힘의 법칙로렌츠 힘은 물리학에서 전하를 띤 입자가 전자기장 안에서 받는 힘을 뜻한다. 이 입자는 전기장 안에서 qE의 힘을 받고, 자기장 안에서 qv x B 의 힘을 받는다. 로렌츠 힘 방정식은 이 둘을 합친 것이다.E는 전기장, B는 자기장이고, q는 입자의 전하량 이며, v는 입자의 속력이다. 또한 는 외적을 뜻한다.따라서 양전하를 띤 입자는 전기장 E안에서 가속되며, 자기장 B을 통과할 때에는 외적 때문에, 오른손 법칙에 따라 나선형을 그리며 움직이게 된다.헨드릭 안톤 로렌츠가 이 식을 유도하여 로렌츠 힘이라고 부른다.로렌츠 힘은 전하 밀도와 전류밀도로 표현할 수도 있다.3) 비오-사바르의 법칙 [Biot-sarvart]비오-사바르 법칙은 전자기학과 공기역학에 사용되는 물리 법칙이다. 전류밀도와 주변 자기장의 관계를 말한다.※4) 암페어(Ampere)의 법칙앙페르의 회로법칙(Ampere's circuital law)은 자기장에 대한 가우스 법칙에 해당하며, 프랑스의 물리학자 앙드레마리 앙페르가 발견했다.[i는 폐곡선 C 내부를 통과하는 전류량]무한히 긴 직선도체폐곡선 C위에서 B의 크기 : 일정방향 : 접선방향3. 실험기구 및 장치① 실험 받침대② 전도 도체 3종③ 전원 장치④ 가우스메터⑤ 측정용 프로브⑥ 지지대 및 이동 장치⑦ 조임 장치4. 실험방법(1) 도체 1번을 이용하여 일정 거리에서 전류의 함수로 자기장 밀도를 측정하여 진공중의 투자율을 계산한다.(2) 도체 1번을 이용하여 일정 전류 하에서 거리의 함수로 자기장 밀도 측정(3) 도체 2번을 이용하여 전류가 반대 방향으로 흐르는 경우의 자기장 밀도 측정(4) 도체 3번을 이용하여 전류가 같은 방향으로 흐르는 경우의 자기장 밀도 측정(1) 도체 1번을 이용하여 일정 전류 하에서 전류의 함수로 자기장 밀도를 측정하여 진공중의 투자율을 계산한다.① 도체 1번을 실험판의 도체 고정 장치에 고정한다. 이때 조임 공구를 이용하여 단단히 조인다.② 전원 장치의 뒤 패널로 나온 연결 단자를 측정용 실험 판의 고정 패널 후면에 연결하고 단단히 조인다.③ 가우스메터의 수평 프로브를 지지 대와 이동 장치에 설치하고 직선 도체의 한 면에서 10mm 떨어뜨리고 설치한다.여기서 직선 도체의 직경은 6mm 이며, 프로브의 설치된 홀 센서의 중심까지의 거리는 4mm이다.④ 가우스 메터에 프로브를 설치한 다음 전원을 켠다.⑤ 전류를 점차로 증가시키면서 가우스 메터의 측정치를 기록한다. 전원 장치의 표시메터는 20A에서부터 표시가 되므로 하한선을 20A 이상에서 시작하는 것이 좋다.(직선 도체에 전류가 흐르기 시작하면 도체가 열을 받아 저항이 변하게 되므로 잠시 열을 받도록 전원 장치의 전류 조절 손잡이를 최대로 방향으로 돌린다. 이때 대개 100A의 값을 나타내게 된다.)⑥ 전류 값을축으로 하고, 자기장 측정치를값으로 하여 그래프를 그리고 식(3)을 이용하여 진공중의 투자율을 계산한다.(2) 도체 1번을 이용하여 일정 전류 하에서 거리의 함수로 자기장 밀도 측정① 도체 1번을 실험판의 도체 고정 장치에 고정한다. 이때 조임 공구를 이용하여 단단히 조인다.② 전원 장치의 뒤 패널로 나온 연결 단자를 측정용 실험 판의 고정 패널 후면에 연결하고 단단히 조인다.③ 가우스메터의 수평 프로브를 지지대와 이동 장치에 설치하고 직선 도체의 한 면에서 닿게 한 다음 수평 방향으로 이동시켜보아 직선 도체와 평행하게 움직이도록 직선 도체와 평행하게 움직이도록 직선도체의 방향을 설치한다.④ 전원 장치의 전류조절 손잡이를 돌려 전류를 100A 정도에 고정한다.⑤ 프로브를 직선 도체와 맞닿은 상태에서 외각 방향으로 이동시키면서 위치의 함수로 자기장 밀도를 측정하여 기록한다.(눈금은 레일에 부착된 눈금을 이용한다.)(3) 도체 2번을 이용하여 전류가 반대 방향으로 흐르는 경우의 자기장 밀도 측정① 도체 2를 실험판의 도체 고정 장치에 고정한다. 이때 조임 공구를 이용하여 단단히 조인다.② 전원 장치의 뒤 패널로 나온 연결 단자를 측정용 실험 판의 고정 패널 후면에 연결하고 단단히 조인다.③ 가우스메터의 수평 프로브를 지지대와 이동 장치에 설치하고 직선 도체의 한 면에서 닿게 한 다음 수평 방향으로 이동시켜보아 직선 도체와 평행하게 움직이도록 직선도체의 방향을 설치한다. (프로브가 레일 위를 움직일 때 직선 도체와의 거리가 일정하여야 한다.)④ 전원 장치의 전류조절 손잡이를 돌려 전류를 100A 정도에 고정한다.⑤ 프로브를 직선 도체의 두 부분 사이를 움직이면서 위치의 함수로 자기장 밀도를 측정한다.(4) 도체 3번을 이용하여 전류가 같은 방향으로 흐르는 경우의 자기장 밀도 측정

자연과학| 2012.05.28| 6페이지| 1,000원| 조회(111)

대학물리학, 물리실험, 직선도체, 전자기장, 실험이론, 전류조절, 접선방향, 회로법칙, 표시메터

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옴의 법칙 예비

2011년 9월 26일 월요일옴의 법칙예비 리포트5조 홍길동화학공학과1111111111홍길동1. 실험목표주어진 저항의 양단의 전위차의 변화에 따라 전류의 변화, 전압이 일정할 때 저항의 변화에 따른 전류의 변화, 전류가 일정할 때 저항의 변화에 따른 전압의 변화를 실험을 통해 알아본다.2. 실험이론1) 옴의 법칙(Ohm's Law) 이란 무엇인가?전기 흐름의 방해하는 작용을 전기 저항이라 하며, 저항이 클수록 전류는 적게 흐른다.독일의 옴은 전압과 전류와 저항의 관계를 정리하여 옴의 법칙을 만들었다.회로에 흐르는 전류의 크기는 전압에 비례하고 저항에 반비례한다.a) 전압강하전기회로를 간단히 그리면 왼쪽의 회로와 같은데 회로에 전류가 흘러 저항을 통과하면 저항에는 옴의 법칙에 따라 전압이 생긴다.이때, 저항에 생기는 전압을전압강하라 한다.저항에 생기는 전압은 V=I R[V]로 구한다.저항의 접속은 합성저항이 증가하는 직렬접속과 합성저항이 감소하는 병렬법속이 있다.b) 직렬접속· 직렬저항 : 직렬접속은 저항의 합이 증가하는 것으로 합성저항은 전체를 더한 것과 같다.< 직렬회로에서의 옴의 법칙· 전압과 전류위 식에 따라, 전체전류는 1[A]가 되며,각 전압이 1, 2, 3[V]이므로합하면 전원 전압과 같은 6[V]가 된다.저항에 비례하여 전압이 분배되며전체 저항은 전체를 더한 값이 된다.전체회로에 가한 전압 6[V]는 3개의 저항의 크기에 비례하여 나누어지고(분배) 각각을 더한 값과 같게 된다. 회 로에 6[V]를 가했을 때, 각 저항에 생기는 전압강하는 저 항 값에 비례하여 생기고 이를 합하면 전원 전압과 같게 된다.c) 병렬접속· 병렬저항 : 왼쪽회로는 3개의 저항이 병렬로 접속되어 있다. 저항마다 전류가 흐르므로 3개의 전류로 나누어지고 전류는 저항의 크기에 반비례한다.병렬접속에서의 합성저항은 가장 작은 저항보다 더 작은 합성저항이 된다.< 병렬접속에서 전체 저항 값· 전류분배와 전류의 크기저항이 병렬로 접속된 회로에서는 각 저항마다 동일한 전압이 가해지고 저항에 흐르는 전류는 저항에 반비례 하여 흐른다.접속된 저항의 수만큼 전류가 나누어지는데, 각 저항에 흐르는 전류는 옴의 법칙에 의하여 구한다.회로에서 전체전류는 각 저항에 흐르는 전류를 더한 것과 같다.2) 키르히호프의 법칙 Kirchhoff’s law독일의 물리학자 G. R. 키르히호프에 의한 전기회로에 관한 법칙과 열복사에 관한 법칙. 〔전기회로에 관한 법칙〕일반적으로 전기회로는 전지(電池)와 같이 기전력(起電力)을 갖는 것과 저항이 그물코처럼 접속된 것이라고 생각할 수 있다.이 회로의 각 저항에 흐르는 전류는 다음 제1법칙과 제2법칙을 수식(數式)으로 나타낸 연립방정식의 해로 구할 수 있다.① 제1법칙 : 그림과 같이 하나의 접속점에 흘러드는 전류의 총합은 0이다.이때의 음의 전류는 접속점에서 흘러나오는 전류를 의미한다.② 제2법칙 : 그림과 같이 하나의 접속점에서 출발해 다시 처음 접속점으로 돌아가는 닫힌회로에 대해, 각 부분의 저항과 여기에 흐르는 전류의 곱은 그 닫힌회로에 포함되는 기전력의 합과 같다.3. 실험기구 및 장치① Multimeter② 전압계③ 전류계④ 전원 공급 장치 혹은 배터리⑤ 저항⑥ Ohm의 법칙 실험기4. 실험방법실험 1. 저항 R이 일정할 때 전압과 전류와의 관계(1) 그림 2.3.3과 같이 회로를 장치한다. 이 때 K1, K2의 스위치는 열려(off)있어야하고, 붉은색의 단자는 +, 검은색의 단자는 -로 연결한다.ⓐ 실험은 전류계와 전압계 혹은 Multimeter를 사용한다.ⓑ 전류계, Multimeter의 range를 mA(전류계)로 맞춘다.ⓒ 회로연결에 있어서 항상 전류계는 직렬로 연결하고 전압계는 병렬로 연결한다.(2) 전력 공급 장치 왼쪽의 가변 전압계는 전압을 10V가 되도록 맞추고 전류장치는 최대로 돌려놓는다.(3) 회로를 제대로 구성했으면 K1, K2의 스위치를 연결(ON)한다.(4) 회로의 저항 R은 20Ω으로 연결하고 전압계의 눈금은 5V를 가리키도록 한다.(5) 실험 과정(3)에서 가변저항기를 좌우로 움직여 전압계가 1V단위로 내려가도록 하여 그때마다의 전압과 전류를 읽는다.(6) 실험 과정(3), (4)에서 저항을 각각 40Ω, 60Ω, 80Ω, 100Ω 으로 바꾸어 실험을 반복한다.(7) 이상의 5가지 경우에 대한 Data로 저항이 일정할 대의 전압과 전류의 관계를 표로 작성하고 그래프로 그린다.실험 2. 전류 I가 일정할 때 전압과의 관계(1) 그림 2.3.4와 같이 회로를 장치한다.(멀티미터를 이용하여 연결한다.)(2) 가변저항기를 한쪽 끝으로 이동시킨 후 스위치를 연결(on)한다. Multimeter에 연결 된 전류 I를 3mA로 가변 저항기를 이용해서 맞춘다.(3) 회로의 전류를 3mA보다 조금 크게 맞추고 저항을 각각 10, 20, …90,100Ω으로 바꾸어 가며 전압을 측정한다.저항을 바꿀 때마다 전류를 다시 조정하야 한다.(Multimeter의 눈금은 소수점 둘째자리가 5이상이 되지 않도록 해서 값을 읽는다.)

자연과학| 2012.05.28| 7페이지| 1,000원| 조회(106)

전압계, 물리실험, 옴의 법칙, 키르히호프의 법칙, 전류계, multimeter, Kirchhoff’s law

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등전위선 예비

2011년 9월 5일 월요일등 전 위 선5조 홍길동화학공학과1111111111홍길동1. 실험목표도체판 (또는 전해질)에 전류를 흐르게 하여 그 위에 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위 선에 관한 성질을 이해한다.2. 실험이론· 등전위선이란 무엇인가 ?- 전압을 일종의 중력에서의 “높이”로 보아서 그린 “등고선”과 비슷한 개념이다. 전기력선을 그린 다음, (+)를 높은 전위, (-)를 낮은 전위로 보아 전기력선에 수직이 되도록 그린다. 전위차는 전류를 흐르게 하는 힘인데, 이것이 바로 전압이다.< 그림 1. 전기력선과 등전위선 >- 전위차를 가진 두 전극(전하) 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E=F/q로 정의된다. 한편, 그 점의 전위 V는 단위전하당의 위치에너지로 정의된다. 전기장 내에는 같은 전위를 갖는 점들이 존재한다. 이 점들을 연결하면 3차원에서는 등전위면을, 2차원에서는 등전위선을 이룬다. 전기력선이나 등전위면은 전기장 내에서 무수히 많이 그릴 수 있다. 하나의 점전하 Q가 만드는 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선으로 과 같으며, 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. +Q의 점전하와 -Q의 점전하가 공간에 높여 있을 때는 과 같은 전기력선과 등전위면을 그릴 수 있다.등전위면 위에서 전하를 이동시키는 데 필요한 일 (W=q△V)은 영(0)이므로, 그 면에 접한 방향에는 전기장의 값이 없다. 따라서 전기장의 방향은 그 면에 수직이다. 전기장이 일을 한다는 것은 점전하가 전위의 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동해가는 경우 이므로 전기력선은 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서 전기장 E의 방향은 그 전위 V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은또는이다. 따라서 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다. n은 등전위면(선)에 수직인 단위벡터이다.편의상 2차원 평면에 대해서 시험적인 이론을 생각해 보자. 즉, 어느 도체판의 두 단자를 통해서 전류를 흘릴 때, 도체판 내에서의 전류는 포물선의 방향으로 전기장의 방향을 나타낸다. 이 포물선에 수직인 방향에는 전류가 흐르지 않으므로 전위차도 없다. 이와 같은 점을 이른 선은 등전위선이 된다. 따라서 도체판 상의 두 점 사이에서 전류가 흐르지 않는다면, 이 두 점은 등전위선상에 있는 점이다.· 전기장 : 대전체 주위에 전기력이 작용하는 공간. 대전체란 전하의 성질을 띠는 입자나 물체를 말하는데, 이것이 쿨롱의 법칙에 의해 서로 힘을 주고받는다. 이 힘은 뉴턴의 4대 기본 힘 중 하나에 속하는 힘으로 써, 이를 전기력이라고 한다. 전기력은 전기장으로 설정 가능한 적당한 구역 내에 영향을 미치며, 전기장은 이 적당한 구역을 가리킨다. 그리고 그 기준이 되는 방향은 (+)전하가 받는 힘의 방향이다. 한편, 쿨롱의 법치에 의한 전기력은 만유인력과 비슷한 성질을 지닌다. 따라서 그 식도 만유인력과 비슷한 형태를 지니는데,그 식은이다.3. 실험a) 실험기구 및 장치① 얇은 도체판, 또는 바닥에 얇은 철사망이 있는 물접시② 검류계 또는 오실로스코프③ 전원(건전지 6V, DC전원, AC 전원)④ 세 개의 고정전극과 한 개의 이동단자⑤ 여러 모양의 전극b) 실험방법(1) 도체판(얇은 AI 판 또는 탄소판이 입혀진 먹지)또는 전도용액을 사각접시의 바닥에 놓는다. (얇은 도체판의 경우에는 그 뒷면에 그래프용지를 붙여 놓고 표식이 나타날 수 있게 하고 전도용액을 사용할 때는 바닥에 그래프용지를 깔아 놓고 연한 색연필로 표시한다.)(2) 고정전극 a와 b전극에 전원을 연결하여 전류가 0.1 - 0.5 A 정도로 흐르게 전원조정을 하고 전원을 off로 놓는다.(3) 검류계 또는 Oscilloscope 의 단자에 전극 c와 d를 연결한다. 검류계의 영점 조정을 마친다.(4) 전원을 on 으로 하고 전류계에 전류가 흐르는 것을 확인한 다음, c전극 끝을 적당한 곳에 고정시킨다. (편의상 c의 끝점은 전극 a, b를 잇는 선상의 어느 점에 정 하는 것이 편리하다.)(5) 이동단자 b의 끝점을 적당히 이동하면서 검류계의 바늘의 이동 상태를 본다. 바늘이 심하게 이동하지 않는 곳은 c점의 등전위점에 가까이 왔음을 의미한다. 다 시 정밀하게 그 근처에서 움직여가며 검류계의 바늘이 영점이 되는 위치를 찾는 다. 그래프용지에 잘 표시하여 두고 하나의 등전위선을 그린다.

자연과학| 2012.05.28| 4페이지| 1,000원| 조회(95)

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