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RC직렬회로 실험

1. 실험 목적1) 커패시터의 충전과 방전에 대한 실험을 하여 전기 회로의 커패시터의 동작 특성을 이해한다.2)RC 시정수의 개념과 실험을 통하여 시정수를 결정한다.2. 소요장비 및 부품? DMM(또는 VOM)? DC 전원 공급장치(0~30V)? 오실로스코프? 가청주파 발생기 혹은 저주파 신호 발생기? 저항? 전해 콘덴서3. 관련이론비저항성 회로소자인 커패시터에 대한 기본성질을 이해하고, RC회로를 통해서 커패시턴스를 측정해 본다.일반적으로 커패시터는 두 개의 대전체 사이에 형성되는 전장 속에 에너지를 저장한다. 이 소자는 저항과 달리 동적 특성을 보이며, 커패시턴스를 전류와 전압에 관한 관계식으로 표현하면 다음과 같다.커패시터에 의하여 저장되는 전하 Q는Q=CV이다. 여기서 C는 커패시턴스이고 V는 커패서터 양단에 걸리는 전압이다. 그러므로 소자는 양 도체판을 절연체로 분리한 형태이며 콘덴서라고 부른다.커패시턴스는 콘덴서가 가질 수 있는 전하의 용량을 나타내는 것이며, 다른 말로는 저장용량이라고 할 수 있다. 결국 1쿨롱의 전하가 1볼트 전위차의 판사이에 존재할 때, 1farad의 용량을 가졌다고 할 수 있다.여기서 Farad라는 단위는 19세기 영국의 화학자이며 물리학자인 Michael Farad로부터 따온 것이다. 그러나, Farad는 대부분의 용량에 있어서 너무 큰 단위 이므로 일반적으로 microfarad나 picofarad를 사용하고 있다.만일, 직렬로 접속된 합성 커패시턴스는으로 나타낸다.예를 들어,,두 개의 커패시터를 직렬과 병렬로 연결했을 경우의 합성 커패서턴스를라 한다면, 직렬합성인 경우에는이므로 합성 커패시텉스는이다.i+- +-+ V -한편으로, 커패시터에 의하여 저장되는 에너지는 다음과 같은 식으로 나타낼 수 있다.커패시터의 시정수 τ는 저항 R과 커패시터의 C의 함수로써 다음과 같이 나타낼 수 있다.τ = RCRC회로망에서 일반적으로 시정수의 약 5배내의 시간에서 완전하게 충전전압로 충전되게 된다.R+E C-RC 회로망충전전압를 전원전압 E와 RC에 대한 식으로 표현하면,이다.결국, 커패시터 C에 충전되는 정도는 시정수에 의하여 결정되게 되는데, 1τ인 시간에서는 충전전압의 63.2% 정도, 2τ인 시간에서는 충전전압의 86.5%정도, 3τ인 시간에서는 충전전압의 95.1% 정도, 4τ인 시간에서는 충전전압의 98.1% 정도, 그리고 5τ인 시간에서는 충전전압의 99.3%까지 충전된다고 할 수 있다.C를 통해 흐르는 전류는 다음과 같이 정의할 수있다.4. 실험 방법저항하여 위에서 보인 간단한 RC 회로를 구성하여 충전과 방전을 실행하며 충.방전 에서의 RC값을 찾는다.5. 실험 결과1) 전원 10V연결시의 미분 방정식을 이용한 이론값 계산1.1) 고유응답1.2) 강제 응답1.3) 완전해시상수 RC 값은RC 값이 100ms , 시상수시 전압이 6.4V 인 것을 알 수 있다RC 값이 약 95.2로 100에 근사하며 3.3V인 것을 알 수 있다.RC 값 이론RC값 실험전압 이론전압 실험충전100mS106mS6.321V6.4V방전100mS95.2mS3.678V3.3V6. 고찰 및 토론이번 실험은 RC 회로의 시상수 값을 확인하는 실험이었다. 하지만 이번 실험에도 역시 저번과 마찬가지로 브레드 보드의 이상으로인한 잡음, 프로브의 잘못으로 인한 결과 값이 다르게 나오는 현상이 일어났다. 이는 몇 번이나 조교님에게 말하고 리폿에 적어봤지만, 전혀 고쳐지지 않고 이번 학기를 끝내게 되었다는 점이 아쉬움으로 남는 실험이었다.7. 결론이번 실험은 커패시터의 전압충전과 그에 따른 오실로스코프의 파형을 알아보고 시상수를 찾는 실험 이었다. 결과에서도 알 수 있듯이 충전과 방전대의 시상수는 모두 같은 값임을 알 수 있었다. 시상수는 원래 값의

공학/기술| 2010.11.16| 6페이지| 1,500원| 조회(513)

전자공학, RC직렬회로실험

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분압기 및 전압 변동률 실험험 결과

1. 서론전압 분압기(Voltage Divider)의 원리를 이해하고, 전압 변동률에 대해서 알아본다.2. 이론적 배경전원에 직렬로 연결된 여러 개의 저항에서는 저항의 크기에 비례한 전압 강하가 이루어지므로 전원 전압은 각각의 저항값에 의하여 분압 된다.(키르히호프의 제2법칙). 그러므로 한 개의 전원으로부터 필요한 여러 개의 전원을 얻고자 할 때는 2개 이상의 저항을 전원에 직렬로 연결하면 된다. 이와 같은 회로를 전압 분압 회로라고 하고, 전압 분압 회로를 구성하는 저항체를 분압기라고 한다.가변 분압 회로에서는 가변 저항기(Potentiometer)를 사용하여 저항 변화에 의한 전압 가변이 가능하도록 할 수 있으며 라디오의 볼륨이 이러한 가변 분압 원리를 이용한 것이다.가변 분압용 가변 저항기는 아래(A)와 같이 A,B,C의 세 단자로 써 구성되어 있으며 C 단자는 A,B간의 저항을 습동 접촉 하도록 하여, A,B 간에 걸린 전압을 A,C나 C,B단자에서 0~VAB 의 가변 전압을 얻도록 한 것이다.(A)가변 전압 분합기로서의 포텐시오미터가변 분압기로서의 가변 저항기는 전류 제한 목적으로 사용되는 가감 저항기와 같은 것으로 이들의 구분은 A,B,C 단자중 B 단자를 A 단자나 C 단자에 접속하여 고정시키면 두 개의 단자를 갖는 가감저항기(Rheostat)가 되고 A,B,C의 세 단자를 사용하는 경우 가변저항기다.분압회로는 부하 저항이 직접 분압 저항으로 작동하도록 된 무부하 전압 분압기 회로이다. 한변 R1과 R2로서 전압 분압 회로를 구성하고 부하를 분압 저항과 병렬로 연결하면 부하 분압기(Loaded Voltage divider) 회로가 된다.왼쪽 그림에서의 전압 분압 ..왼쪽 그림에서의 전압 분압은..3. 실험 방법-실험1-①다음과 같이 회로를 구성하고 양전압의 전압을 측정한다.②전압이 어떻게 분압 되었는지 확인하다-실험2-③다음과 같은 회로를 구성한다.④RL에서의 전압이 5V가 도록록 가변저항을 조정한다.⑤그 저항 값을 기록한다.-실험3-⑥다음과 같이 회로를 구성한다.⑦RL의 부하 전압이 5V가 되도록 설정하고 부하저항을 측정한다.⑧부하저항의 크기를 20%변동을 주고 부하 전압을 측정한다.-실험4-⑨다음과 같이 회로를 구성하고 AC 간의 저항 변화에 대한 AC간의 전압 측정CB 간의 저항 변화에 대한 CB간의 전압 측정을 한다.3. 결과-실험 1-(C-B)(B-A)(A-G)저항전압6.676.646.66-실험 2--실험 3-ab부하 전압이 5V가 되도록 부하 저항4.86부하 저항의 크기가 20% 변동할 때( 전압을 측정하고 전압 변동률을 구하여 기록하라.---- 모르겠음....(6) 가변 전압을 얻기 위한 무부하 가변 분압 회로를 가변 저항기를 사용하여 그림 6-5와 같이 구성하라.(7) 가변 저항기의 B,C 탭에 전압계를 연결하고 저항 변화에 대한 전압 변화를 관찰하라. 즉 AC간의 저항 변화에 대한 AC간의 전압과 CB간의 저항 변화에 대한 CB 전압 등을 측정한다. 이 때 측정범위가 다른 전압계를 사용해야 한다면 각 측정 범위마다 내부 저항이 다르므로 오차가 발행할 수 있다.(표 6-1)

공학/기술| 2010.11.16| 4페이지| 1,500원| 조회(430)

전자공학, 분압기, 전압변동률

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LVDT 센서 시험보고서 평가A+최고예요

목 차Ⅰ. 기호 설명Ⅱ. 실험 목적 및 서론Ⅲ. 실험이론(이론적 배경)Ⅳ. 실험장치 및 방법Ⅳ-1 실험장치Ⅳ-2 실험방법Ⅴ. 실험 결과Ⅵ.고찰 및 논의Ⅶ. 결론Ⅷ. 참고 문헌 및 자료Ⅰ. 기호설명?e=-N(dF/dt)=-Na(dB/dt) e=e1-e2)? ? e : 유도 기전력? N : 코일 권선수? ?Φ : 자속?? a : 자속이 지나가는 단면적? ?B : 자기장?Ⅱ. 실험목적LVDT 센서의 작동원를 이해하고 이를 이용하여 변위를 측정하는 방법을 익힌다.Ⅲ. 실험이론(이론적 배경)Ⅲ-1. 서 ?론?(LVDT Displacement Transducers) LVDT는 Linear Variable Differential Transformer의 약자로 상호자기유도(mutual inductance)로 작동되며 분리된 운동체(armature)에 비례하는 전기적 신호를 발생하는 비접촉식 선형 변위 센서입니다. LVDT센서의 최고 장점은 매우 견고하고 무한대의 분해능을 가지고 있고 높은 온도에서나 가혹한 환경에서도 작동 가능하다.자기적 원리를 이용한 magnetic sensor는 자기를 전기로 변환하는 소자(element)로서 간단한 search coil부터 초전도 현상을 이용한 SQID (Super conducting Quantum Inter-?ference Device)까지 다종다양하다.자기 센서에는 다음과 같은 일반적인 장점이 있다.?1) 비접촉 검지가 가능하다.?2) 긴 수명, 높은 신뢰성.?3) 에너지 보존이 가능하다.(영구 마그네트의 이용)4) 습도 등의 영향을 받기 어렵다.?5) 비교적 값이 싸다.?Magnetic sensor는 이러한 장점들을 기반으로 변위, 압력, 액위, 하중, 진동 측정 등에 실용화 되고 있다. 이 중 자기적 소자( Magnetic element) 변환 방식을 사용하는 변위 측정 센서는 적용되는 대상, 피 측정체의 형태 등에 따라 구조 및 설계 방법이 달라지는데, 기계적 변위가 1차측 코일과 2차측 코일 사이에서 발생하는 자속의 변화, 즉위치에 있어도 자기적 또는 전기적인 불균형에 의해 출력전압이 제로가 되지 않고 최대 변위 출력전압의 1 % 이하의 전압이 생긴다. 이 때문에 최소 측정 범위가 제한된다. 따라서 양호한 출력신호를 감지하기 위해서는 신호변환장치 Conditioner의 성능이 뒷받침되어야 한다. ?Ⅲ-2. LVDT의 기초 이론기계적 변위를 전기적인 신호로 바꿔주는 LVDT는 코어(core or armature)의 이동으로 1차 코일에서 2차코일에 유도되는 자속의 변화, 즉 상호 인덕턴스를 변화시키는 transducer로서 기계적, 전기적으로 분리되어 움직일 수 있는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 발생된다. LVDT의 구성은 코일이 감기는 포머(former), 코어(core), 코어를 지지해 주는 지지봉그리고 케이스(case)로 구성되어 있다. 그림 1. 는 일반적인 LVDT의 형상이다.?Fig.1 일반적인 LVDT 형상전기적 절연이 우수한 원통형의 포머에는 신호 발생전원을 공급하는 1차 코일을 감고 1차코일의 중심으로부터 대칭적으로 동일한 모양을 가진 2차 코일을 감아서 외부적으로 반대방향으로 직렬 연결한다. 자성체 코어의 움직임은 각각의 2차 코일에서 발생되는 유기전압(Induced voltage)을 일으키게 하는 1차와 2차 코일의 상호 인덕턴스를 변하게 하여 기계적변위를 감지한다. 코어가 2차 코일 중간에 위치하면 각각의 2차 코일에 유도되는 기전력은동일하고 180°의 위상차를 가지기 때문에 출력은 0이 되나, 코어가 움직여 중간을 벗어나게되면 2차와 1차 코일 사이의 상호 인덕턴스가 다른 한 쪽보다 크게 되어 서로 직렬로 연결되어 있는 2차측 출력에서는 차동전압(differential voltage)이 발생된다. 그림. 2는 LVDT 의회로연결을 나타낸다.?2차 코일에 유도되는 기전력은 Faraday's Law에 의해 아래의 (1)식으로 나타내어지고, LVDT의 출력전압은 식 (2)와 같이 표현할 수 있다.??e=-N(dF/dt)=-Na(dB/dt) ---------생한 치수 오차를 재조정하기 어렵고 세라믹 포머와 코어 사이의 마찰은 타 재질에 비해 더 크기 때문에 마모가 쉽게 일어난다. 합성수지 계통의재질은 포머의 직진도 및 휨이 세라믹보다 못하지만 내충격, 내열, 내한성이 높고 포머와 코어사이의 마찰은 출력에 영향을 미칠 만큼 나쁘지 않기 때문에 LVDT의 포머로 사용한다. ?코어로 사용되는 재료는 환경변화에 대한 영향을 적게 받으며 투자율이 높은 자성체를 선택하여야 하고, 1차와 2차 코일 사이에서 발생되는 와전류 현상을 줄이고, 외부로부터 야기되는자속이 LVDT에 끼치는 영향을 줄이기 위한 차폐케이스를 사용하여야 한다.?Fig.3 코어의 위치에 따른 출력 전압코어와 코일 사이에는 실질적인 마찰이 없으며, 코어와 포머 사이의 마찰에 의한 미소한마모는 출력에 영향을 주지 않는다. 또 코어의 크기가 작고 마찰이 적으므로 동적측정(dynamic measurement)에 대하여 응답특성을 높일 수 있고 기계적 과부하에 의한 영향이없다. 그러나 이러한 LVDT는 코어가 양쪽 끝으로 이동할수록 선형도가 나빠진다. 이것은LVDT 양단에서 발생되는 누설자속(leakage flux)과 코어의 자화가 균일하지 못하고 자속밀도가 감소되므로 발생하는 일반적인 현상이다. 이러한 영향을 줄이기 위해 측정범위에비해 LVDT 자체를 길게 설계하여야 하며 동시에 코어의 크기도 길어지게 된다. 이러한문제점을 개선하기 위한 방법으로 여러 가지 코일 권선법을 사용한다. 그림. 4 는 LVDT의 선형도를 향상시키기 위한 여러 가지 코일 권선법을 보여준다. ?Fig. 4 선형도 향상을 위한 여러 가지 코일 권선법LVDT의 사용 대상이 일반적으로 미소한 변위 측정에 이용되고 LVDT 의 외형치수도 작은것이 요구되므로 전체적으로 치수를 줄여야 한다. 그러나 LVDT가 정상적으로 동작되는범위에서 이를 소형화 하기 위해서는 LVDT 1차측에 공급되는 전류가 충분히 공급되면서용량이 적은 source를 사용해야 한다. 이렇게 하기 위해서는 1차측에 권선할 수 있는 되어 선형성을 악화 시키기 때문에 사용 목적에 맞는 적절한 주파수를 선택하여회로설계를 하여야 한다.LVDT의 공급 전압은 일반적으로 1-10 V (rms)전원을 사용하고 있으며 LVDT 의 측정 범위에 따른 크기와 내부 임피던스가 고려되어야 한다. LVDT의 2차측은 synchronous demodu-lator system을 사용하여 2차측의 출력신호로부터 순수한 위치에 대한 정보를 얻어낼 수 있다.즉, 이것은 LVDT 의 코어가 영(0) 위치로 지나갈 때 갑자기 위상이 180 ° 변화가 일어나는 것을 의미한다. Synchronous demodulator system에 의해 전파정류가 이루어지고 이것은 다시필터를 거쳐 증폭되어 진다. 그림. 5는 synchronous demodulator system의 block diagram을 나타낸 것이다.Fig.5 ?Block diagram of a synchronous demodulator systemLVDT 2차측에 출력되어진 신호는 다시 증폭기에 연결되어 발진기 신호원 위상과 동일한 신호와, 동기 복조기에서 전파 정류된다. 즉, 잡음이 제거된 DC 출력을 얻을 수 있다. 이론적으로 LVDT코어가 영(0)의 위치에 있을 때 신호변환 회로의 출력은 항상 0이어야 하나 반대로 연결된 2차측권선의 위상과 전압의 불균형, 출력전압의 왜곡 및 누설 저항 등에 의해 항상 0 이 되지 않는다.이것은 LVDT의 선형성을 악화시키기 때문에 제로 조절 장치를 연결하여야 한다.Ⅲ-3. LVDT 개발 추진 현황?변위 측정용 자기 센서인 LVDT는 산업분야, 대학 및 연구소 등에서 대단히 폭 넓게 사용되고 있으나 아직 국내에서 체계적으로 양산 되고 있지 않은 상태이고 LVDT 제작 기술수준 역시 선진국 제작 회사에 비해 저조하다. 따라서 소요되고 있는 대부분을 수입에의존하고 있는 실정이다. 이에 LVDT를 국산화 하여 국내 산업체의 측정 분야에 기여하고막대한 수입 물량도 줄여야 할 것이다. 이에 본 업체에서는 LVDT의 선형도를 개선하기위하다.→ 기본적으로 LVDT는 아래그림에서처럼 세개의 구성품으로 이루어져 있다.1. 한 개의 1차코일2. 두개의 동일한 2차 코일3. 이동할 수 있는 마그네틱 아마추어 또는 CoreFig.11 LVDT의 원리1차 코일은 교류전압의 공급으로 자성체로 여자한다. 이때 core가 중간에 있을 때 2차코일의 양쪽의 전압은 동일하다. 그런데 core가 움직여서 중간을 벗어나면 2차측의 한 쪽 코일이 감긴 부분과 1차측 코일들 사이의 상호 인덕턴스는 크게 되고 다른 쪽은 적게 되어 서로 직렬로 연결되어 있는 2차 측 출력단자에서는 차동전압(Differential voltage)이 발생된다.Ⅲ-6 Error 분석Ⅲ-6-1 선형성평가실험은 모든 각각의 LVDT센서에 대해 행해지며 5회 이상의 반복측정을 통계적으로 평가된 값들을 채택하게 된다. 측정된 데이터를 바탕으로 최소오차자승법에 의해 변위와 출력값의 관계를 찾는다. 센서 캘리브레이션을 위한 최소오차자승법은 다음과 같다.: 각 측정 지점의 오차: 센서의 아날로그 출력: 디스플레이 되어야 할 변위 값이라 할 때이고를 최소화 하여야 한다. 그러므로에서 a,b를 구하면 된다. 즉 Display=의 관계식이 성립한다.Ⅲ-6-2 Linearity Error많은 측정용 기구들에 있어 Normal Data(입력)와 측정값(출력)사이에 선형 관계가 성립되는 것이 바람직하다. 선형 Calibration Curve는 다음과 같은 일반적인 형태를 갖는다.여기서 a는 캘리브레이션 커브(이 경우 직선)기울기이고 b는 y절편이다. y는 x, y의 선형성에 기초해서 출력 값을 예상하는데 사용될 수 있다. 그러나 실제로는 선형적인 관계는 단지 근삿값으로 사용될 수 있지 실제 값은 아니다 그래서 측정기구의 계측 특성은 항상 선형 캘리브레이션 커브를 예측해서 구해진다.와 측정값사이의 관계는 측정system의 비선형성을 말해준다.여기서를 리니어리티 에러(대표성을 가지기 위해중에서 가장 큰 값은 리니어리티 에러라 부르기도 한다.)라 부르고 실제 측정기구의 리or.

공학/기술| 2010.11.16| 16페이지| 1,500원| 조회(734)

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동력계 실험

1. 서론우리 삶에 있어 속도의 측정은 많은 방면에서 이용되고 있다. 움직이는 물체의 속도를 측정함으로써 우리는 자동차의 과속을 감시할 수 있고 일정 속도를 유지 시킬 수도 있다. 또한 기계를 설계할시 축의 알맞은 회전수를 조절 할 수도 있다. 이처럼 속도의 측정은 우리 삶의 다양한 방면에서 중요한 역할을 하고 있다. 이번 실험에서는 Stroboscope를 이용한 속도 측정 및 동력계의 속도를 측정해 봄으로써 어떻게 속도를 측정하는지, 원리와 그 실험방법을 알아보도록 한다.2. 이론적 배경2.1 물체의 속도를 측정하는 여러 가지 방법2.11 시간기록계를 이용하는 방법 (시간기록계 )시간기록계는 진동편이 있고 그 아래로 종이테이프가 지나가게 되어있다. 시간기록계는 외부에서 전원을 공급하면 일정한 주기로 진동(회전)하는 진동체를 이용하였다. 따라서 종이테이프의 한끝을 잡아당기면 일정한 시간마다 종이테이프에 타점이 찍힌다. 진동 주기와 일정한 타점 사이의 간격을 이용하여 물체의 평균 속력, 평균 가속도 등을 구할 수 있다. 시간기록계의 타점이 일정하면 속력이 일정하다 즉, 등속운동을 하고 있다고 말한다.2.12 스트로보 사진을 촬영하여 분석하는 방법 (스트로보 사진 : 다중 섬광 사진)스트로보 사진은 다중 섬광 사진이라고도 한다. 매우 짧은 시간동안 규칙적으로 밝은 빛을 비추어 움직이는 물체를 촬영한 사진이다. 사진을 찍는 동안 빛을 비춘 횟수만큼 한 물체가 여러 곳에 나타난다. 즉, 어두운 곳에서 규칙적인 시간 간격으로 빛을 내는 장치로 빛을 비추면 물체의 움직임이 끊어져 보이는데, 이것을 사진 한 장에 찍은 것이다. 이것으로 물체의 속력이나 등속 운동여부를 알 수 있다. 사진촬영용뿐만 아니라 섬광시간이 짧은 것을 이용하여 항공등대 등의 조명, 실리콘과 같은 반도체의 라이프타임 측정 및 회전계나 뇌의 반사응답 측정 등 각 분야에 이용된다.2.13 물체에 속력계를 직접 장치하는 방법 (자동차 속력계 )쉬운 예로 자동차의 속력계가 있다. 곧고 평탄한 도로에서 자동차가 일정한 빠르기로 계속 달릴 때 자동차의 속력계를 보면 바늘이 어느 눈금을 일정하게 가리키고 있는 것을 볼 수 있다. 이 때, 바늘이 60을 가리키고 있다면 이 자동차는 60km/h의 속력으로 달리고 있는 것이다. 그리고 자동차의 속력계는 평균속력이 아니라 순간속력이다. 자동차의 속력은 시간에 따라 변하기 때문이다.2.14 비디오 촬영기를 이용하는 방법 (100m달리기에서 결승전통과 분석에 쓰이는 카메라 )예를 들면 비디오로 동작분석을 위하여 선수들의 동작을 촬영하는 카메라로 촬영 속도는 초당 수십 장의 촬영이 가능하며 여러 대의 카메라를 동시에 동조시킬 수 있다. 결승점에 도달할 때 우승자를 가리기 위해 찍는 사진으로 초당 수십 장의 촬영이 가능하여 자세하게 동작이 나와 있어 우승자를 판별하는데 이용된다.2.15 속도 측정기를 이용하는 방법(과속 단속 카메라 / 자동차 경주 / 투수의 투구속도)예를 들면 과속 단속 카메라가 있다. 과속단속 카메라는 도로 바닥에 두 줄의 천(센서)을 깔아 놓아서 첫 번째를 통과한 후 두 번째를 통과하는데 걸린 시간으로 과속 여부를 판단해 사진을 찍는 것이다. 자동차 경주, 투수의 투구 속도도 이와 같은 방법이다.2.2 도플러 효과2.21 도플러 효과란 ?1842년 C.J.도플러가 음향현상에 대하여 발견하였다. 예를 들면, 기차가 서로 다가올 때 상대 기차의 기적소리는 크게 들리고, 서로 멀어질 때의 기차의 기적소리는 낮게 들리는 것은 도플러효과에 의한 것이다. 도플러효과는 음파 이외의 파동에서도 볼 수 있는데, 이 효과에 의한 주파수의 관측값 변화는 파동의 전파속도와 파원에 대한 관측자의 상대속도에 의존하며, 파동속도에 대하여 파원과 관측자 사이의 상대속도가 아주 작은 경우에는 관측하기 어렵다. 그러나 전파속도가 큰 광파나 전파라도 그 파원이 매우 빠른 속도로 운동하는 경우, 예를 들면 대지속도(對地速度)가 큰 인공위성으로부터의 전파에서는 명백하게 나타난다. 또, 천체가 지구에 대하여 운동하고 있을 때는 이 효과로 인하여 빛의 스펙트럼에서 정규 위치로부터의 벗어남을 볼 수 있다.이 현상은 오래 전부터 천문학에서 별의 시선속도(視線速度)를 결정하는 기초로 사용되어 온 것으로, 특히 E.허블이 이것을 바탕으로 하여 성운(星雲)의 거리와 후퇴속도에 대한 관계를 발견하여 팽창우주를 관측적으로 시사한 것은 유명하다.2.22 빛의 도플러 효과빛을 내는 물체의 움직임은 스펙트럼 라인의 편이를 일으킨다. 자세히 말하면 물체가 운동하고 있는 방향과 속력에 의존하여 물체에서 나는 빛의 파장이 Δλ = λnew - λrest 만큼의 편이를 일으킨다는 것이 된다. 편이된 양은 물체의 속력에 의존한다. 이것을 식으로 나타내면Δλ = λrest * Vradial / c이다. λrest는 물체가 정지 했을 때 측정되는 파장이고 Vradial은 시선방향에서의 속도를 말한다.(시선속도)이 별 볼일 없을 것 같은 식에서 우리는 많은 정보를 얻을 수 있다. 첫째로 물체가 더 빨리 움직일수록 도플러 편이값 Δλ가 더 커진다. 예를 들어 가까운 은하 근처에 있는 수소의 특정한 방출선이 멀리 떨어진 은하에서 나오는 같은 선 보다 더 작은 파장쪽(큰 주파수쪽)으로 편이되어 있다. 이것은 멀리 떨어진 은하가 가까운 은하보다 더 빨리 움직인다는 것을 알 수 있다. 또 다른 예로 경찰이 가지고 있는 전파총(radar guns)은 도플러 효과의 원리가 이용된다. 이 장치는 보낸 전파와 반사된 전파의 파장의 차이로부터 차의 속도를 계산해낸다.두 번째로 관측자의 시선방향으로 물체의 움직임을 의미하는 시선속도 Vradial를 측정하는데만 중요하다. 만약 물체가 시선방향에 대해 어떤 각도를 가지고 움직인다면 그때 도플러 편이(Δλ)는 단지 시선방향의 움직임만 알 수 있다. 물체의 전체속도를 결정하기위해 시선방향의 직각성분의 속력도 알 수 있는 또 다른 기술을 사용해야 한다.마지막으로 물체가 멀어지거나 가까워질 때 어떤 방식으로 스펙트럼이 편이 되는가 논할 수 있다. 만약 물체가 가까워지면 파동은 서로 압축되어 파장이 더 짧아진다. 이 선들은 더 짧은 파장쪽(파란색쪽) 파장으로 편이 된다. 이것을 청색편이(blueshift)라고 불린다. 만약 물체가 멀어지고 있다면 선들은 더 긴 파장쪽(빨강색쪽)으로 편이 되며 이것을 적색편이(redshift)라고 부른다.또한 이 현상은 만약 관측자와 물체가 정지하든가 또는 둘 다 움직이는 것에 대해 논할 수 있다. 도플러 효과는 관측자에 대한 상대적인 물체 운동에서만 설명되어진다. 우주에 은하들의 스펙트럼선이 적색편이현상이 일어날 수 있는 것을 볼 수 있는데 이것은 우리 은하에서 다른 은하들이 상대적으로 멀어지고 있다는 것을 의미하며 이 사실은 우주의 팽창의 증거가 된다.만약 빛의 속력과 매우 가까운 속력으로 움직이지 않는다면 도플러 효과는 전 색에 영향을 주지 않을 것이다. 물체가 관측자에게 가까워질 때 빨강색은 주황색으로 편이될 것이다. 또 적외선은 빨강색 쪽으로 편이 되는 등 모든 색이 편이가 될 것이다. 물체의 전 색은 전 파장의 강도와 관련된다. 아래의 첫 번째 그림에서 관측자에 대한 상대속도(0, 0.01c, 0.1c)에 따른 태양의 연속스펙트럼의 편이를 보이고 있다. 그 아래에는 수소 알파선(656.3nm)을 보인다. 우리 은하 안에 천체들은 모두 0.01c보다 더 작은 시선속도로 움직인다. 0.01c 속도를 가진 태양의 움직임으로 도플러 편이 된 연속스펙트럼은 거의 멈춰진 태양과 구별하기 힘들다. 그러나 스펙트럼선의 도플러 편이는 더 느린 속도를 가진다. 이 스펙트럼을 확대하면 우리는 1km/s 또는 그 보다 더 작은 속력으로 도플러 편이 된 스펙트럼을 관측할 수 있다.3. 실험 장치 및 방법3.1 Dynamometer 실험장치 및 방법3.11 DynamometerFig. 1 펄스/초 를 기록해주는 카운터Fig. 2 토크센서와 클러치Fig. 3 동력 조절 스위치Fig. 4 Torque 측정계 및 Power suplly3.12 실험 방법? 전압 서플라이와 카운터기들 모두를 0점을 맞춘다.② 전압을 1V씩 올리며 Torque와 펄스/초 기록 카운터를 읽는다.③ 클러치로 인해 회전체가 정지 할 때까지 값을 기록한다.3.2 Stroboscope 실험장치 및 실험 방법3.21 Stroboscope 실험장치Fig. 5 표시를 한 원판을 모터에 연결시킨 장치Fig. 6 Power suplly Fig. 7 Stroboscope3.22 실험 방법? 전압을 12V로 맞추고 Stroboscope를 킨다.② 원판의 상이 하나로 보일 때 까지 Stroboscope의 rpm을 증가시킨다.③ 상이 하나로 보이면 rpm을 2배로 높여 속도가 맞는지 확인한다.④ 전압을 1V씩 낮추어가며 rpm값을 기록한다.4. 실험 결과4.1 동력계를 이용한 속도 측정P= T*(N*m/s)Hz= (펄스/초)눈금의 개수(16)각속도 (Rad/s)= Hz*2전압펄스/초Hzrad/sTorqueP012.970.8106255.09072500112.60.78754.94551.78.40735211.180.698754.388151357.0459538.560.5353.359842141.111646.30.393752.4727563.3156.525153.30.206251.2952568.388.46558600070(Max)0Table.1P는 Torque와 각속도에 비례한다. 결과에서 보이듯 Torque가 크면 각속도는 작아지며 Torque작으면 각속도는 커지게 되어 P-T선도에서는 아래와 같은 산모양의 그래프를 얻을 수 있었다.

공학/기술| 2010.11.16| 10페이지| 1,500원| 조회(293)

도플러효과, 동력계, 스트로보, 동력계실험, 속력계

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비틀림 실험

1. 서론비틀림 시험은 각종 형태의 단면을 갖는 봉이나 실물 모델 등에 비틀림 모멘트를 가하여 재료의 전단탄성계수, 전단항복점, 비틀림전단강도, 전단응력과 전단변형도와의 관계 등 비틀림에 대한 재료의 성질을 알아보기 위한 것이다. 여기서 말하는 비틀림이란 모터의 축이나 동력장비의 토크관과 같은 구조부재가 종축을 회전시키는 모멘트에 의해 변형이 일어나는 것을 말한다. 비틀림 시험은 재료의 성질을 파악하기 위해 실재 재료가 사용되는 환경을 조성하여 실험을 행하기도 한다.2. 이론적 배경재료는 원자배열의 불규칙성등 기타 여러 가지의 금속학적인 결함을 포함하고 있으므로 완전한 탄성체는 아니며, 하중이 가해지면 어느 순간까지 탄성변형을 나타내고 계속해서 하중이 증가함에 따라 소성변형을 일으키고 결국에는 파단 된다.: 탄성한도(elastic limit)-하중을 제거하면 신연이 0으로 복귀하는 응력의 상한 값: 비례한도 (proportional limit)-Hook 법칙이 성립하는 응력의 상한 값이며,: 상부 항복점(upper yield point)-항복개시전의 최대응력(일반적으로 항복점): 하부 항복점(lower yield point)-항복이 진행되는 동안 거의 일정한 하중을 원단면적 으로 나눈 응력: 인장강도(tensile strenght)-최대하중을 원단면적으로 나눈 값.δ : 파단 연신율(elongation)-파단 후에 영구신장을 말한다.ψ : 단면 수축률(contraction of area)-파단후의 최소단면적과 그 원단면적과의 차이에 원단면적에 대한 백분율- 공칭응력(nominal stress)(N/㎟)(1)P : 하중(N)A0 : 원 단면적 (㎟)- 실제응력(actual stress)(N/㎟)(2)Aa : 신연된 단면적Fig. 1 응력-변형률 곡선- 인장강도(tensile stress)(3)- 항복응력(yield stress)(4)- 연신율(elongation)(5)- 단면 수축률(Contraction of Area)ψ=(원단면적-파괴단면적)/원단면적×100=기서는 내부토크를 원형 축이나 튜브의 단면에 분포된 전단응력과 관련시키는 식을 유도한다.재료가 선형탄성이면 후크의 법칙, 즉가 적용되고, 전단변형률의 선형적 변화는 단면상의 반경방향 위치에 따른 전단응력의 선형적 변화를 발생시킨다. 따라서 전단변형률의 변화와 같이 전단력는 축의 중심선에서 0이고 표면에서는 최대값까지 반경 방향을 따라 변한다. 이 변화는 반경방향의 임의 위치및 축의 반경요소의 앞면에 나타난다. 삼각형의 비례관계와 후크의 법칙 (), 그리고을 사용함으로써 전단응력은 다음과 같다.에 위치한 각 요소의 면적는의 힘을 받는다. 이 힘에 의해 생기는 토크는이다. 따라서 단면 전체에 대한 토크를 구하면 다음과 같다.는 일정하므로는 다음과 같이 된다.이 식의 적분은 길이방향 중심축에 관한 축 단면적의 극관성 모멘트(polar moment of inertia)를 나타낸다. 이 값을로 표시하고 식을 더 간단히 하면 다음과 같이 된다.: 축의 바깥 면에서 발생하는 최대 전단응력: 단면에 작용하는 내부 합토크축의 길이방향 축에 작용하는 모멘트의 평형 방정식과 절단법에 의하여 결정된다.: 단면적의 극관성 모멘트: 축의 반경따라서 거리에서의 전단응력은 다음과 같이 결정된다.위의 이 두 방정식을 흔히 비틀림 공식(torsion formula)이라 불린다. 이 식은 축의 단면이 원형이고 재료가 균질하며 선형탄성 거동을 하는 경우에만 사용된다. 그 이유는 전단응력과 전단변형률이 서로 비례한다는 사실에 근거하여 유도되었기 때문이다.3. 실험장치3.1 비틀림 시험기Fig. 2 Layout of the SM1 Torsion Testing of Machin3.2 버니어캘리퍼스Fig. 3 버니어캘리퍼스4. 실험 방법ⓛ 시험편의 전체 길이(overall length )와 직경(diameter)을 측정한다.② 시험기의 양쪽 소켓에 시편을 고정시키고 디지털 게이지를 0으로 맞춘다.③ Input handwheel을 가지고 시계방향으로 압력하중에 대하여 입력축이 회전할 때 까지 회전시킨다.각(angle of twist)을 6°단위로 0°에서부터 가하면서 디지털 게이지에서 토크(torque)를 읽는다. 각각의 각도에서의 토크를 기 록하면서 시험편이 완전히 파단될 때까지 조심스럽게 각을 올린다.⑥ 주어진 다른 종류의 시험편에 적용하여 비틀림 각과 토크를 측정하여 기록한다.⑦ 측정한 데이터를 이용하여 그래프를 그리고 전단 탄성계수(Modules of rigidity)를 결정한다. 또한. 측정된 토크로부터 비례한도 내의 Shear Stress를 계산하여 Shear Strain을 구해서 그래프로 그린다.Fig. 4 시험편5. 실험 결과5.1.1 철의 실험 결과Revolution counter#angle oftwist (°)torque (N?m)Revolution counter#angle oftwist (°)torque (N?m)161.2127224.82125.3159024.931812.74124624.642419.85231224.453021.912575024.563623.212876824.674223.713279224.784824.2191114624.895424.4198118824.9106024.4273163825.0116624.628717220Table 1. 철의 토크Fig. 5 철의 항복점을 구하기 위한 0.2% offset 그래프5.1.2 철의 전단응력과 전단 변형률전단응력(shear stress) = 16T/πd3 (N/㎡)전단변형률(shear strain) =θd/2LRevolution counter#ShearStress(N/m2)ShearStrainRevolution counter#ShearStress(N/m2)ShearStrain1283085630.23622125.85E+082.83464621.25E+080.472441155.87E+083.54330733E+080.708661415.8E+089.68503944.67E+080.944882525.76E+0812.2834655.17E+081.1811021255.78E+0829.5275665.47E71E+081.8897641915.85E+0845.1181195.76E+082.1259841985.87E+0846.77165105.76E+082.3622052735.9E+0864.48819115.8E+082.598425287067.79528Table 2. 철의 전단응력과 변형률Fig. 6 철의 전단응력 과 변형률 그래프5.2.1 알루미늄의 실험 결과Revolution counter#angle oftwist (°)torque (N?m)Revolution counter#angle oftwist (°)torque (N?m)161.312728.42124.813788.43187.814848.54248.015908.55308.016968.66368.1211268.77428.2251508.68488.2281688.69548.3321927.610608.3331985.011668.4342040Table 3. 알루미늄의 토크Fig. 7 알루미늄의 0.2% offset 그래프5.2.2 알루미늄의 전단응력과 전단 변형률Revolution counter#ShearStress(N/m2)ShearStrainRevolution counter#ShearStress(N/m2)ShearStrain1306676100.23622121.98E+082.83464621.13E+080.472441131.98E+083.07086631.84E+080.708661142.01E+083.30708741.89E+080.944882152.01E+083.54330751.89E+081.181102162.03E+083.77952861.91E+081.417323212.05E+084.9606371.93E+081.653543252.03E+085.90551281.93E+081.889764282.03E+086.61417391.96E+082.125984321.79E+087.559055101.96E+082.362205331.18E+087.795276111.98E+082.5984253408.031496Table 4. 알루미늄의 전단응력ecimen66Final diameter of specimen5.144.54Gauge length of specimen76.276.2Initial overall length of specimen143143Final overall length of specimen143.12143.14Table. 56. 고찰 및 논의인장 실험에 있어서 시편은 주위 온도에 따라 그 성질이 많이 변한다. 즉, 주위 온도가 고온 일 때는 시편에 연성이 더 강하게 나타나고, 저온일 경우 취성이 강하게 나타난다. 하지만 본 실험을 할 때는 온도조절기가 없어 주위 온도를 제어하지 못하고, 일반 상온에서 실험을 함에 따라 그 시편의 데이터 값의 신뢰도가 떨어진다. 또한 시편에 비틀림을 줄때 얼마나 빨리 돌리느냐에 따른 온도의 영향이 크게 나타나는 것 같다. 앞선 조교의 실험에서 조교는 빠른 회전을 시켰고 우리는 천천히 비틀림을 준 결과 돌아간 각도에서 많은 차이를 나타내었다.이번 실험에서는 시편의 오차를 고려하지 않고 하였기 때문에 오차가 존재하리라 예상된다. 시편의 항복점을 구하기 위한 과정 중 0.2% offset 에서의 오차역시 존재할 것이라 예상된다. (0.2% offset 값은 구하지 않음)7. 결론이번 실험은 인장 실험과는 다른 비틀림 실험의 결과 값으로 전체적으로 인장실험의 결과와 유사한 그래프를 얻을 수 있었다. 비록 회전각의 차이와 주위 온도의 영향으로 정확한 값을 구하지는 못했지만 이것으로 대체적인 전단응력과 변형률 등을 구함으로써 시편에 비틀림이 작용하였을 때 시편에 작용하는 여러 특성치들의 관계를 알 수 있었다. 또한 두 시편의 결과를 비교함으로써 필요에 따른 시편의 선정의 중요성 또한 알 수 있다.우리는 이러한 결과를 통해 우리는 재료의 물성치 즉 Shear Stress, Shear Strain , torque 등의 값을 구하고 그 데이터를 바탕으로 실제 기계의 사용용도에 따라 적용함에 따라 자원을 줄이고 기계적 효율을 높일 수 있을 것이라 생각된다. 우리는 이러한 실다.

공학/기술| 2010.11.16| 11페이지| 1,500원| 조회(432)

비틀림, 비틀림실험

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