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빛의 반사 및 굴절

제목 : 빛의 반사와 굴절□ 실 험 목 적빛의 반사 및 굴절 법칙을 이해야고, 레이저광을 이용하여 만들어진 빛의 입사각과 굴절각을 측정하여 굴절률을 구한다.□ 실 험 기 구광원장치(평행광선을 만들 수 있는 렌즈가 부착된 것), 평면거울, 극좌표판, 반원형 프리즘(유리), 평행슬릿판(5단)□ 실 험 방 법1. 실험에 필요한 기구가 모두 있는지 확인해 본다.2. 지지대 위에 레이저 광과 평면거울 그리고 반원형 프리즘을 셋팅한다.(평면거울이 각도기판 중심을 지나고 각도기판에 수직이 되도록 세운다. 그리고 입사광이 각도기 중심을 향하도록 한다.여기서 각도기판의 중심은 법선역할을 한다. 또한 반원형 프리즘의 직경인 면은 각도판 중심을 지나도록 놓아야한다.)3. 소등을 한다.(일종의 빛의 방향을 측정하는 실험이므로 주변이 어두우면 관찰이 용이해지고 따라서 오차율이 감소하게 된다.)4. 다섯 개의 슬릿이 있는 슬릿판을 설치하여 평행광선이 되도록 광원에 부착된 렌즈를 조절한다.(최대한 슬릿을 통과하는 빛이 평행이 되도록 하며, 좌표판 눈금에도 평행이 되도록 맞춘다.)5. 거울면의 법선에 대한 입사각과 반사각을 측정 및 기록한다.6. 입사각을 10°~60°바꾸어 가면서 반복 측정한다.(입사각이 커지면서 굴절각도 커진다.)7. 기록한 입사각과 반사각으로 굴절각을 산출한다.8. 산출한 굴절각의 평균을 내어 더욱 정확한 굴절률을 구할 수 있다.9. 굴절률이 실험마다 일정하지가 못하고 다른 이유 즉, 오차가 생기는 원인에 대해 분석한다.□ 이 론옆 그림과 같이 빛은 두가지 방법을 통해서 진행한다. 이 빛은 서로 다른 매질을 통과하려고 할 때, 매질의 경계면에서 처럼 반사하거나 굴절한다.(※매질 : 파동을 전달해 주는 물질, 빛도 파동이므로 물질을 통해 전달될 수 있으나 진공상태에서도 빛은 가기 때문에 매질이 있지 않아도 된다)위에 나와 있는 선들에 대해 말을 해보면 빛이 왼쪽 위에서 들어오고 있다. 이 빛은 서로 다른 매질의 경계면까지 직진해 들어온다.이 매질이 만나는 면을 매질의 경계면이라고 한다. 이 경계면에서 수직으로 세운 선을 법선이라고 하고 들어오는 빛과 법선이 이루는 각을 입사각이라고 한다. 또 반사되어 나가는 빛과 법선이 이루는 각을 반사각이라고 한다. 마찬가지로 법선과 굴절되어 들어가는 빛이 이루는 각을 굴절각이라고 한다.먼저 반사하는 빛을 생각해 보면 빛은 입사각과 반사각이 이루는 각은 같다.? 스넬의 법칙입사각과 굴절각은 매질의 종류에 따라 빛의 속도가 차이가 생겨 굴절되어 들어간다.진공에서 빛이 진행하다가 속도가 변하는 정도를 굴절률이라고 하고 입사되는 곳의 굴절률을 n1, 굴절되는 곳의 굴절률을 n2라고 하면 ‘n1*sin 입사각 = n2*sin 굴절각’법칙이 성립한다.한편, 굴절률이 큰 물질에서 굴절률이 작은 물질로 빛이 진행할 때에 어떤 입사각 이상에는 굴절광은 없고 모든 빛이 반사되는 전반사가 나타난다. 이 전반사를 시작하는 입사각을 임계각이라 하며, 이 때 굴절각은 90°이므로‘n1*sin 입사각 = n2*sin 90°’= ‘n1*sin 입사각 = n2’의 관계가 성립한다. 만일 n2=1, 즉 진공으로 빛이 굴절하여 들어간다면, 전반사가 일어나는 임계각과 입사매질 n1과의 관계식은‘n1*sin 입사각 = 1’이 된다.덧붙여 설명하자면 광의 굴절률이 높은 매질에서 굴절률이 낮은 매질로 진행하였다면, 투과광은 오른쪽 그림과 같이 경계에 근접해서 굴절하여 진행한다. 그러므로, 입사각을 크게 해 가면 투과광이 경계면 평행으로 있을 것이며, 이 때의 입사각을 임계각이라 한다. 임계각보다 더욱 더 입사각을 크게 하면 투과광이 없게 되고 입사한 광은 모두 반사하게 된다. 이 현상을 전반사라고 한다.전반사는 이처럼 광이 높은 굴절률의 매질에서 낮은 굴절률의 매질로 진행할 때에만 일어나는 현상이며 굴절률이 낮은 매질에서 높은 매질로 진행할 때에는 일어나지 않는다는 것이 특징이다.□ 결과 및 분석위의 실험방법과 이론을 바탕으로 실험한 결과를 표와 그래프로 정리해 보았다.회 수입사각 ()굴절각 ()(굴절률)110°7°1.42487220°14°1.41376330°20.5°1.42772440°27°1.41586550°32.5°1.42573660°37.5°1.42260< 굴절률 산출표 > < 굴절각과 입사각의 관계 >위 그래프와 같이 입사각이 커지면 굴절각도 커지는 것을 볼 수 있다.하지만 정확히 비례 관계는 성립하지 않는 것도 알 수 있다.또한 위 표에서 기록한 굴절률 총 6개의 평균을 구하면 N(평균굴절률)=1.421756 이다.□ 결 론빛의 반사 및 굴절 법칙을 이해야고, 레이저광을 이용하여 만들어진 빛의 입사각과 굴절각을 측정하여 굴절률을 구한다.빛의 기본적 성질(서로 다른 매질의 통과할려고 할 때 경계면에서 반사되거나 굴절되는 성질)로 빛의 반사 및 굴절법칙을 알 수 있다.스넬의 법칙 ‘n1*sin 입사각 = n2*sin 굴절각’을 활용하여 굴절률을 구할 수가 있다.여기서 ‘n1=공기 중의 굴절률’로 ‘1’로 간주 한다. 그러므로 ‘1*sin 입사각 = n2*sin 굴절각’→‘n2(매질의 굴절률)=sin 입사각/sin 굴절각’식이 성립한다.위의 표에서 10°~ 60°로 입사각을 변화시켜가면서 굴절각을 측정한 결과가 기록되어 있다.식에 대입해 굴절률을 구해보면 총 6개의 굴절률이 산출된다. 여기서 평균을 내면 매질의 굴절률을 알 수 있다.물론 더욱 큰 범위의 입사각으로 경우의 수를 늘리면 그 만큼 오차도 줄어들 것이다.또한 위에서 설명하였듯 입사각이 커지면 동시에 굴절각도 커지지만, 일정한 굴절률에 대해 정확히 비례가 아니라는 결론을 얻을 수가 있다.□ 토 의이번 실험에서는 빛에 입사각, 굴절각, 그리고 굴절률을 중점으로 실험을 하였다.

자연과학| 2010.11.23| 3페이지| 1,000원| 조회(172)

실험, 목적, 실험기구, 결론, 결과레포트, 실험방법, 빛의 반사 굴절

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패러데이 법칙

□ 실험목적간단한 실험을 통하여 전자기 이끎 현상(전자기 유도 현상)을 확인하고 자기장 안에서 코일이 회전할 때 생기는 전위차를 조사하여 전자기 이끎 현상(패러데이의 유도 법칙)을 정량적으로 이해한다.□ 실험기구노트북(S-CA system), 멀티미터, 직류전원공급장치, USB케이블, 패러데이 법칙 실험장치(자석, 코일 등), 전선□ 실험방법1. 패러데이 법칙 실험장치에 전원을 연결한다. (극성에 주의!)2. 직류전원공급장치의 조절단자를 반시계방향으로 끝까지 돌려 놓는다.(직류전원의 출력을 0으로 한다.)3. 노트북을 부팅하고 S-CA프로그램을 실행한다.(인터페이스 분석-스코프 보기를 실행)4. 출력단자에 노트북 S-CA프로그램(오실로스코프 역할)에 연결한다.[DC 모터를 직류전원공급장치에 AC 출력단자를 S-CA 전면의 입력단자 CH A에 연결한다.]5. 직류전원 조절단자를 이용해서 전원을 공급하고 전동기를 구동시킨다.6. 시작버튼을 클릭하고 스코프상에 출력되는 화면을 관찰한다.[정상적인 교류 신호가 출력되는지 확인하고, 너무 과도한 굴곡이나 반대로 굴곡 표시가 나지 않을 경우, 5번 방법에서 조절단자를 다시 조절한다.]7. 실험하기 좋은 화면을 얻었을 시, 공급한 전압에 따라 발생한 출력전압의 파형을 관찰하고 주기 및 파형의 최대 최소값의 차이를 측정한다.(주기, 파형의 최대 최소값을 측정 시, 일단 정지버튼을 클릭한다. 다음으로 정지된 화면에서 Cursor X, Cursor A를 이용하여 구할 수 있다. 참고로 Cursor X는 주기, Cursor A는 최대 최소값 차이를 측정 할 수 있다.)[출력되는 전압은 멀티미터로 측정하여 둔다.]※오차를 줄이기 위해서 양을 늘리는 방법으로 주기를 화면상 가능한 여러개의 파를 한꺼번에 측정하여 파의 수 만큼 나누어 구한다.8. 각속도와 전압의 관계그래프를 작성하기 위해 주기 및 파형의 최대 최소크기를 달히하여 실험을 5번 반복한다.9. 8번 과정을 통해서 완성한 그래프가 선형적으로 주어졌는지 확인한다.※실험 시 DC연결을 생략10. 오차의 발생원인과 오차를 줄이기 위한 방법을 모색한다.□ 이론1. 영구 자석에 의한 자기마당 안에서 감긴 줄토리(코일)에 전류가 흐를 때 줄토리에 생기는 돌림힘을 이용한 직류 전동기직류전류가 흐르는 줄토리는 자기마당을 만들어 내며 마치 영구 자석과 같은 역할을 한다.따라서 두 자석의 같은 극끼리 가까이 있을 때 돌림힘을 받아서 줄토리는 돌아간다. (a~c) 이제 (c)의 위치에서는 서로 다른 극끼리 가까이 있게 되므로 두 극은 서로 잡아당겨 더 이상 도는 것을 방해하나, 줄토리의 돌기 운동의 관성이 어느정도 벗어나게 하며 (d) 또, 이때 줄토리의 접촉단자 (j)의 작용으로 줄토리에 흐르는 전류의 방향을 뒤집어 새로운 돌림힘을 계속해서 받도록 한다. 이와같은 과정으로 (e~f) 줄토리의 돌기가 계속되고 줄토리에 연결된 축을 돌리는 원리이다.2. 교류발전기 : 구 자석에 의한 자기마당 안에서 도체로 된 고리를 돌려서(이때 돌리는 힘은 물의 퍼텐셜에너지나 석유, 석탄 등의 화학에너지 또는 원자력에너지 등을 이용한다.) 이끌리는 기전력을 이용아래 그림의 (c)에서와 같이 고리의 단면에 수직한선이 자기마당과 각도 θ를 이룰 때 고리면을 지나는 자기다발은이고 고리가 일정한 각속도 ω로 돌고 있을 때 시간 t 에서의 고리의 방향각 θ는라고 할 수 있으므로, 이 고리에 이끌린 기전력은 패러데이의 전자기 이끎 법칙에 의해즉, 같은 각떨기수 ω 로 변하는 교류 기전력이다. 일반적으로 고리의 면적이 A, 감긴 수가 N인 줄토리의 경우 이끌린 기전력은3. 직류 전동기를 반대로 직류 발전기로 사용아래 그림의 전동기는 두 개의 고리(줄토리)가 서로 직각을 이루고 있으며, 따라서 접촉 단자(brush)에 의해 이끌린 기전력이 큰 동안만 서로 교대하면서 기전력을 제공하게 되어 있다. 따라서 이 전동기를 돌렸을 때 발생하는 출력전압의 파형을 보면 전동기의 회전수보다 4배의 떨기수를 갖는 것으로 보이며, 평균 전압은으로, 최대 전압의 약 0.9배, 최소 전압은배가 된다.또한 실험에서 한 개의 고리로만 이루어지고 접촉 단자에 의해 유도 기전력이 큰 동안만 서로 교대하면서 기전력을 제공하는 경우, t축을 중심으로 접어올려진 sin파형을 그리게 될 것이고 이 경우의 평균 전압은 최대 전압의 약 0.64배가 된다.□ 결과 및 분석★ 표를 작성하기 전에 표에 필요한 용어를 정리해보았다.아래의 예)그림에서 설명하자면 파형수는 말 그대로 아래의 y축 선택영역 안에 존재하는 파형의 개수이다.?t(시간변화량)는 선택영역안에 파형의 개수만큼 지나가는데 흐른 시간이다.아래 그림에서 Time/DIV에 50ms라고 나타나 있는데 1초에 50m 즉, 1칸의 x축길이가 50m라는 뜻이다.전압의 최대 최소의 차는 그림에서 바로 A1, A2와 Delta 값이 주어져 있다.각속도(ω)는=로 정의 할 수 있다. 여기서 주기(T)의 값은 아래 식과 같이 산출 할 수가 있다.주기는 ‘T=?t/파형수’로 나타낸다. 다시 말로 표현하면 한 번의 왕복운동이 일어날 때 걸리는 시간이다.최대전압()은 전압의 최대 최소값의 차의 1/2배이다. 즉, 진폭을 뜻한다.출력전압()는 위의 이론공식에서와 같이 최대전압의 1/배로 하여 구할 수 있다.< 횟수 1번 그림 > < 횟수 2번 그림 >※실험 시 나온 값을 표로 정리해 보았다.횟수파형수?t전압의 최대 최소값의 차주기코일의 각속도(ω)최대전압()(rms)=/130.308s0.37V0.103s60.970.185V0.13V220.167s0.43V0.084s74.76

자연과학| 2010.11.22| 4페이지| 1,000원| 조회(499)

이론, 보고서, 목적, 패러데이, 결과, 결론

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RC회로 충/방전 평가A좋아요

제목 : RC 회로의 충방전□ 실 험 목 적저항과 콘텐서로 이루어진 회로에서 콘덴서의 충, 방전을 통한 시간적 변화를 관측하고 이해한다.다음으로 콘덴서에 인가되는 전압의 시간적 변화를 바탕으로 회로의 용량 시간상수를 구한다.□ 실 험 기 구직류전원공급장치, 노트북(S-CA)시스템, 저항, 콘덴서 팩□ 실 험 방 법1. 실험기구(전원장치, 저항, 콘덴서, 노트북 등)을 빠짐없이 준비한다.2. 직류전원공급장치를 전원부에 연결하고, 저항과 콘덴서를 회로에 위치시킨다.그리고 콘덴서 양단의 전압단자를 S-CA 서버의 입력단자 CH A에 연결한다.3. 노트북 바탕화면에 Physics View 파일을 더블클릭 후 인터페이스 분석, 데이터로그 보기를 선텍한다.4. 직류전원공급장치를 켜고, 5V로 맞추고 실험장치의 스위치를 일단방전에 위치시킨다.5. 외쪽 하단에 ‘channel B’의 체크를 없앤다.6. 화면에 출력되는 전압 값 Max와 Min 값을 각각 +6000, -6000으로 맞춘다.(충방전 과정이 한 화면에 잘 관측될 수 있도록 조정)7. 충전, 방전 곡선이 잘 관측될 수 있도록 설정(위 과정)이 다 끝났다면 스위치를 충전에 위치하고 데이터로그 보기의 화면에서 초기화 버튼을 클릭한다.(더욱 확실한 관측을 위해)8. 데이터로그 보기 화면에서 시작버튼을 클릭하고 화면을 관측한다.9. 데이터로그 화면에 충전곡선이 계속 증가하다가 더 이상 증가하지 않고 일정해 질 때 우측하단에 ‘정지’를 클릭한다.10. 데이터로그 화면에 그려진 충전곡선을 이미지저장 또는 데이터 저장을 한다.(또는 화면에 저장된 그래프가 뜨지 않을 경우 프린터스크린을 하여 그림판으로 저장한다)11. 방전곡선 관측하기 위해 초기화버튼을 클릭하고 충전곡선을 데이터로그 화면에서 지운다.12. 일단 충전상태에서 시작을 다시 클릭하면 ‘9’번 과정과 같이 증가하지 않고 일정한 선이 그려진다.3~5초 후 정지를 클릭(방전곡선을 더욱 확실히 관측하기 위해) 하고 스위치를 방전으로 옮기고 다시 시작을 누른다.13. 방전곡선의 형태가 확실히 관측될 때 ‘9’번과 ‘10’번 과정과 같은 방법으로 저장을 한다.14. 저장된 데이터를 바탕으로 조원들과 토의해 엑셀 등의 프로그램을 이용하여 시간-전압의 그래프를 작성한다.15. ‘14’번 과정에서 구해진 추세선을 이용하여 시상수를 산출한다.16. ‘15’번 과정으로 산출된 시상수를 재검토해 오차범위를 확인한다.17. 실험 시 부족했던 점과 오차발생원인을 파악한 후 반성한다.□ 이 론옆 그림과 같이 콘덴서와 저항으로 이루어진 회로에서 콘덴서가 충전되는 동안 회로에 흐르는 전류는 회로의 법칙을 적용해 보면ε-rm iR- q over C =0이 되고 q/C 는 축전기 판사이의 퍼텐셜 차이다.여기서 q와 I 모두가 시간에 따라 변한다.이 식은rm iR + q over C = ε로 쓸 수 있고, i와 q는 I = dq / dt 의 관계가 있으므로rm R dq over dt + q over C = ε을 얻는다.이 식은 전하q의 시간에 대한 변화를 결정하는 미분 방정식이다.이 식의 초기 조건은 t = 0 , q = 0라는 조건이 성립한다.이 식의 해는rm q = Cε( 1- e sup -t/RC )이 식은 콘덴서에서의 전하 q의 시간에 따른 변화를 나타내 주는 식이다.이 식을 시간 d/dt로 미분을 하게되면rm i = dq over dt = ( ε over R ) e sup -t/RC이 되어 전류의 시간적 변화를 나타내게 된다.실험적으로 q(t)의 값은 콘덴서사이의 퍼텐셜 차를 측정하므로 측정할 수 있다.rm V sub c = q over C = ε(1-e sup-t/RC )마찬가지로 저항 사이의 퍼텐셜 차를 측정하면 i(t)를 측정 할 수 있다.rm V subR = iR = εe sup -t/RC을 얻을 수 있다. 어떤 순간에도rm V subc , V subR의 합은 기전력ε 와 같음을 알 수 있다.지수e에 나타나는 량은 차원이 없어야 하므로 RC는 시간의 차원을 갖는다. RC을 회로의 용량형 시간 상수라고 하며 τ라는 기호를 사용하여 나타낸다. 시간 상수는 콘덴서가 완전히 충전되어 평형 상태에 도달했을 때의 전하량의(1 - e sup -t/RC )의 63%가 충전되는데 걸리는 시간이다.충전 과정은 기기의 스위치를 닫으면 콘덴서에는 아무 전하도 없음으로 판 사이에는 퍼텐셜 차가 생기지 않는다. 그러므로 회로의 법칙을 사용하면 저항 사이의 퍼텐셜 차는 기전력ε 와 같고 저항에 흐르는 전류는 ε/R이다.이 결과는 전류가 흐르기 시작한 순간에만 맞는다. 왜냐하면 그 이후에는 콘덴서 판 사이에 전하가 쌓여서 그 사이에 q/C의 퍼텐셜 차가 생기기 때문이다. 회로의 법칙을 사용하면 이렇게 전하가 쌓이는 과정에서 저항과 콘덴서의 퍼텐셜 합은 전지의 기전력과 같아야 하므로 저항의 퍼텐셜 차는 감소하므로 전류도 줄어든다.저항에서의 전류의 변화는 콘덴서가 완전히 충전될 때까지 계속된다. 완전히 충전되었다는 것은 콘덴서의 퍼텐셜 차가가 전지의 기전력과 같다는 것을 말한다.그렇다면 방전이 될 때는 전류가 시간에 대해서 어떻게 변할 것인다. ε = 0이라고 놓으면rm R dq over dt + q over C = 0이 방정식의 해는rm q = q sub0 e sup -t/RC이고rm q sub0 (=Cε )는 처음에 콘덴서가 완전히 충전되었을 때의 전하이다.전기 용량 시간 상수 RC는 충전할 때뿐만 아니라 방전할 때도 중요한 역할을 한다. t = RC 일 때 콘덴서의 전하는 약 37%인rm Cε e sup-1로 줄어든다.방전 과정에서의 전류는RM i= dq OVER dt = - ( q sub0 over RC )e sup -t/RC = - i sub0 e sup -t/RC을 얻는다. 여기서rm ε/R = q sub0 / RC는 t=0에 해당하는 처음 전류이다.고정된 전원 전압 하에서 저항을 통하여 콘덴서가 충전되는 경우에 시간에 따른 전류는 키르히호프의 법칙으로 결정될 수 있다.I(t) = V over R cdot e sup { - t over RC}(시간에 따른 콘덴서의 충방전 과정)□ 결 과 및 분 석 위의 그림은 실험 때 화면에 관측되었던 그림이고 엑셀파일로 표를 받아 정리 및 다시 수치를 확인해서 표를 완성해보았다.(RC회로의 충전) (RC회로의 방전)실험결과 위의 표과 그림과 같이 실험 때 관측했던 그래프형태와 거의 흡사하게 나왔고 충전일 경우 어느 지점까지 계속 상승하다가 일정한 그래프를 나타냈다. 즉 상승폭이 줄어듦을 알 수 있었고, 방전일 경우 그와 반대로 하강폭이 줄어듦을 확인 할 수 있었다.그리고 아무리 시간이 경과해도 충전일 경우 5V까지 도달하지 않았으며, 방전도 마찬가지도 0V까지 가지 않음을 확인할 수 있었다.이제 시상수 즉, “R*C”값을 구해보자. 먼저,rm V sub c = q over C = ε(1-e sup-t/RC )이 식에서 전압(Vc)는 전하(q)에 비례하는 것을 볼 수 있다. 이 논리를 바탕으로 우리조는 방전식으로 시상수(R*C)를 산출해 내었다.rm q = q sub0 e sup -t/RC방정식에 ‘rm q _{0}’의 값 대신 처음에 완전히 충전되었을 때의 전압(V)를 대입한다. 'rm e ^{-1}'의 값을 바탕으로 전하량(q) 즉, 전압(V')를 구할 수 있다. 그럼 그 전압(V')와 전하(q)는 비례하므로 그 때의 시간을 확인하면 시간상수 ‘RC’를 구할 수 있다.?rm V prime =4.404e ^{-1}(rm e ^{-1}=0.3678) , ∴ V'≒1.6 이 나온다. 표에서 확인해보면 t=25정도 되는것을 확인할 수 있다.그러므로 시상수(R*C)는 ‘25-15=10’ 이라는 결과를 얻을 수 있었다.하지만 재검토 때 오차가 많이 나는것을 확인 할 수 있었다.충전일 경우rm V _{c} = {q} over {C} = epsilon (1-e ^{-0/RC} ) 이 방정식을 이용, 방전일 경우rm q = q sub0 e sup -t/RC이 방정식을 이용해서 이론값을 산출해 내었다.예를 들어 충전일 때‘t=0’일 경우rm V _{c} = {q} over {C} = epsilon (1-e ^{-0/RC} ) 즉, ‘1-1=0’이 되므로 전압 V=0 이다.또 방전일 때‘t=0’일 경우rm q=q _{0} e ^{-0/RC} 즉,rm q=q _{0} *1 이므로 처음에 콘덴서가 완전히 충전되었을 때의 값 V=5 이다.이런 방법으로 방정식에 각각 대입해 표를 작성해 보면 아래와 같이 오차값도 구할 수 있다.< 충전일 때 > < 방전일 때 >□ 토 의일단 오차가 너무나 심하게 나서 우리조는 혹시나 값을 잘 못 산출해 내지 않았나 혹은 계산 도중에 실수를 하지 않았나 확인에 확인을 거듭한다고 시간을 너무 지체했다. 시상수 값 ‘10’을 이용해 10초 간격으로 전압의 차이를 계산해서 방전일 때 37%씩 줄어드는지 확인해 보았지만 정확하게 맞아떨어지진 않았다. 어느 부분에서 실수를 했는지 우리조는 토의를 해보았다. 몇 시간 토의 결과 두가지 원인으로 단정을 짓게 되었다. 먼저 첫 번째는 충전시 5V까지 충전이 되지 않은 상태에서 방전을 시작하였고, 또 0V가 되지 않은 상태에서 충전을 시도하였기 때문에 여기서 약간의 오차가 계산에서 크게 난거 같다. 그리고 두 번째 원인은 ‘rm e ^{-1}’값이라던지 또 전하량(q)를 정확하게 계산하지 않고 소수점자리를 어림잡아 계산을 해서 약간의 오차가 더해 진거 같다.

자연과학| 2010.11.22| 5페이지| 1,000원| 조회(463)

이론, 목적, 토의, 실험기구, RC회로, 결과, 결론, 충방전

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제목 : 등 전 위 선□ 실 험 목 적전도 용액이나 도체판 위의 두 전극 사이에 전위차를 가하여 전기장을 형성시키고 그 위의 등전위선을 찾아 전기장과 등전위선을 가시화함으써 전기장의 성질을 이해한다.□ 실 험 기 구등전위선용 그래프 용지, 디지털 전압계, 전원장치, 얇은 도체판, 고정전극 2개, 이동단자, 전극 연결선 4개□ 실 험 방 법1. 도체판 또는 전도용액을 사각접시의 바닥에 놓는다.2. 고정전극에 전원을 연결하여 전류를 흐르게 조정하고 전원을 off로 놓는다.3. 검류계의 단자에 전극은0.5A이하의 전류로 양쪽을 연결한다.(0점을 맞춘 후 사용)4. 전원을 on하고 전류계를 확인한 후, 전극 끝을 적당히 고정시킨다.5. 이동단자의 끝점을 조금씩 이동하면서 검류계의 수치가 0이 되는 곳을 찾는다.6. (5)의 실험을 반복하면서 여러 개의 점의 등압선을 찾아 구하고, 이를 용지에 옮겨 놓는다.7. (6)의 실험을 전극의 모양을 바꿔가면서 실시한다.① 전압이 낮으면 전류가 0이 되는 점이 많이 나타나서 정확한 등전위선을 찾지 못할 수가 있다.이 때에는 전압을 높여 정확히 전류가 0이 되는 점을 찾는다.② 측정시 이동 전극이 물에 수직하지 않은 경우에는 정확한 실험이 되지 않으므로 주의해야 한다.또한 고정전극이 움직이면 다시 처음부터 측정해야 하므로 주의한다.③ 전극이 움직이기 쉬우므로 움직이지 않도록 주의하여 측정한다.④ 물에 전류를 흘렸기 때문에 신체가 도체판 안에 닿지 않도록 주의한다.□ 이 론등 위 전 선전위차를 가진 두 전극(전하) 사이에는 항상 전기장이 존재한다. 전하량 q의 하전입자가 전기장 내에서 힘 F를 받을 때, 그 점에서의 전기장은 E = F / q 로 정의된다. 한편, 그점의 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 잇다. 하나의 점전하Q가 만든 전기장의 전기력선은 Q가 있는 점을 중심으로 하는 방사선이며, 등전위면은 Q점을 중심으로 하는 동심구면이 된다. +Q의 점전하와 ?Q의 점전하가 공간에 놓여 있을 때는 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 경우이므로 전기력선은 전위가 높은 곳에서 낮은 곳으로 향한다. 따라서, 전기장 E의 방향은 그 점에서 전위V가 가장 급격히 감소하는 방향이며, 그 방향으로의 미소변위를 dl이라 하면, E와 V사이의 관계식은또는이다. 따라서 전기장 E는 등전위선(면)에 수직이 된다.□ 결 과 및 분 석원형 전극을 두 개를 두었을 때 중심 부근에서 전위를 측정하고, 그와 비슷한 점을 찾아 연결하면 거의 직선의 모양이 나온다. 하지만 그 오른쪽 혹은 왼쪽으로 어느 정도 이동해서 똑같은 전위인 점을 찾아 찍고 연결하면, 점점 고정전극의 주위를 감싸고 있는 등전위선을 그려 줄 수 있다. 중심에서 오른쪽 혹은 왼쪽으로 갈수록 곡선의 경사가 더 급해진다.이번 실험은 두 전극 중간의 등전위선은 물론 직선이었지만, 오른쪽 혹은 왼쪽으로 오면 올수록 등전위선이 좀 더 급격하게 휘었다. 특히 오른쪽 등전위선은 매우 급하게 휘다가, 결국 전극을 중심으로 약간 일그러진 타원을 형성하였다. 오차에 가장 줄일 수 있는 방법은 추세선을 이용하여 등전위선을 얻는 방법이라 생각된다.찾은 등전위점이 다른 점과 비교하여 정확히 등전위라는 확신을 내릴 수 없다. 등전위점들을 바탕으로 추세선을 그린다면, 이론과 가까운 매끄러운 등전위선을 얻을 수 있을 거라 추측된다. 실험적인 오차를 제외한다면, 실험은 정확하게 이루어졌으며 이론과 흡사한 실험결과를 얻었다고 사료된다.□ 토 의이번 실험은 도체판에 고정전극을 놓고 그 주위 전위를 측정하여 등전위선을 그려서, 두 개의 전극 사이에 전위차를 알아보고 전기장의 형성으로 인하여 등전위선을 찾아 전기장 흐름과 성질에 관하여 알아보는 실험이었다.이번 실험엔 오차가 발생 하는 경우가 있었는데, 토의해본 바로는 첫째, 전위는 디지털 멀티미터를 이용하여 측정하는데, 이 때 전극을 건드리지 않고 주의했어야 했고, 둘째 디지털 멀티미터의 눈금을 관찰 할 때 0.01단위에서 정확한 전위를 맞추기 힘들었다. 또한 리드기의 기울기에 따라 리드기의 전위가 변화하기 때문에 그만큼 전위를 찾기 쉽지 않았다는 의견도 있었다. 셋째로, 고정 전극이 완벽히 고정되어 있지 않았기 때문에 조금씩 움직이는 현상도 가능했다. 그래서 전위를 측정함에 전극의 자리가 달라져서 정확한 대칭도 볼 수 없었다. 마지막으로는 리드기가 약간 굵어서 위치를 정확히 읽을 때 읽기 힘들어서 오차가 발생 하였을 수도 있다고 생각한다.

자연과학| 2010.11.22| 2페이지| 1,000원| 조회(430)

분석, 등전위선, 이론, 목적, 실험기구, 결과, 결론, 실험방법

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