물리학 및 실험2자기유도(전류 천칭)0. 실험목적자기장 내에 있는 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기를 측정한다.1. 실험이론자기장 B내에서 전류I가 흐르는 도선은 다음과 같은 힘을 받는다. 즉, F = Il×Bc자기장에 의한 힘의 크기는 F = BcIlsinθ 여기서 θ는 l에 흐르는 (+) 전류의 방향과 B방향사이의 각이다. 한편, 솔레노이드 내의 자기장세기는 Bc = μ0nIs 여기서, n은 솔레노이드의 단위길이당 코일의 감긴 수 이고, Is는 이 솔레노이드에 흐르는 전류이다. 솔레노이드 내의 자기유도 Bc는 균일하며, 솔레노이드으이 중심축에 평행하게 이루어진다. 여기서 μ0는μ0 = 4π×10-7 Wb/Ampmeter로 주어지며, 실질적인 값은 공기중에서의 투자율과 거의 동등하다. 지금 전류 천칭을 사용하여 솔레노이드내의 자기유도에의한 전류도선에 작용하는 힘을 구하고자 한다. 그림 1은 솔레노이드형 전류천칭의 약도이다. 이때 전류천칭의 ㄷ자형 회로의 양단에 붙어 있는 뾰족한 칼날못을 전기적 접촉이 잘 되게 하여 전류를 잘 흐르게 한다. 그리고, 솔레노이드에 전류를 걸어주면 솔레노이드 내에서 BC전류선(I)에 수직하게 자기유도 Bc가 있게 된다. 따라서 Bc와 I는 서로 수직하게 된다. 그러므로 F = BcIlsinθ 에서 sinθ = sin90° = 1이므로 Bc = F /Il 로 된다. 한편, 식 Bc = μ0nIs 을 식 F = BcIlsinθ에 대입하면 μ0 = F / nIsIl 여기서 F, I, Is를 측정함으로서 Bc 및 μ0를 측정할수 있다.[ 그림 1 ]2. 실험장치 및 기구. 솔레노이드형 전류천칭가. rider ( 가는 철사로 만든U자형,질량,0-500mg )나. 전류계 2개다. 소형 He-Ne laser 형stand라. 가변 DC전원 ( 0-15A,솔레노이드용 )마. 가변 저항기 두개3. 실험방법. 그림과 같이 실험장치를 꾸민다.가. 실험장치와 전자저울의 수평을 잡는다나. 자석묶음을 전자저울 위에 놓는다.다. 전자저울의 용기버튼을 눌러 자석묶음이 전자저울에 올려 있는 상태를 0.00g으로 맞춘다.라. 전류가 0.50A가 흐르도록 전원공급장치를 조정하고, 이때의 무게를 측정한다.마. 전류를 0.50A씩 증가시켜 3.00A가 될 때까지 반복한다.바. 전류를 일정하게 유지하고 도선의 길이를 변화 시키면서 가~바를 반복한다.사. 전류와 도선의 길이를 유지하고 자석의 개수를 변화 시키면서 가~바를 반복한다.4. 실험결과. 전류와 힘의 관계전류(amps)자기력(gram)0.500.031.000.061.500.092.000.122.500.153.000.18가. 도선의 길이와 힘의 관계도선의 길이(mm)자기력(gram)1.20.072.20.123.20.204.20.276.40.398.40.54나. 전류와 힘의 관계자석의 갯수자기력(gram)10.0920.2030.2740.3650.4460.515. 분석 및 토의. 먼저 전류와 힘의 관계에서는 자석갯수를 3개, 도선의 길이를 2cm로 고정하여서실험하였는데 정확히 실험이 비례하여서 오차가 거의 없이 정확한 실험이었던거 같다.가. 도선의 길이와 힘의 관계에서는 자석의 갯수를 3개, 전류를 2A로 고정 시켜 놓고도선의 길이를 변화 시키면서 실험하였는데 정확한 정비례를 이루지는 않았지만오차가 크지는 않았고 어느정도 허용할 수 있는 범위의 오차로 실험이 이루어졌다.나. 전류와 힘의 관계에서는 전류를 2A로 도선의 길이를 2cm로 고정하고 자석의 개수를바꾸면서 실험을 하였는데 실험의 오차가 너무 심하게 발생하고 이론상으로 나올수없는 결과가 계속 나오는것이었다. 혹시 도선에 놓여있는 자석의 위치가 자기장에변화를 주는게 아닐까 하고 자석의 위치를 도선의 중간과 양쪽끝으로 바꾸었는데실험결과는 일치하였고, 반복된 실험으로 겨우 이유를 알게 되었는데, 자석의
물리학 및 실험2RLC회로의 임피던스0. 실험목적주파수 변화에 따른 RLC 병렬회로의 전류와 임피던스의 변화를 실험을 통하여 확인하고,RLC 병렬회로의 병진주파수를 찾는다.1. 실험이론. 동조회로라고도 한다.코일과콘덴서로 된 전기회로에서는코일과콘덴서의 값으로 결정되는 특정 주파수에서 전기적으로 공명(共鳴)하고,코일과콘덴서의 전기적 성질이 외관상 소멸하여 약간의 양자 고유 전기저항분만의 회로가 된다.보통은콘덴서(C)의 정전(靜電) 에너지와인덕턴스(L)의 전자기(電磁氣) 에너지가 자유로이 변환될 수 있도록 이어진 회로를 말하며,C 와 L이직렬접속된 직렬공진회로와 이들이 병렬접속된 병렬공진회로가 기본이 된다.공진주파수 f0은 모두로서 단위는L은 H(헨리), C는 F(패럿)이다. 이 주파수의 외력에 대한임피던스는 직렬에서는 0, 병렬에서는 무한대가 된다. 따라서, 직렬에서는 미소전압으로 큰 전류가 흐르고 병렬에서는 미소전류로 큰 전압을 얻는다.라디오 등의 동조회로에서는 병렬을 쓰고, 수신하고자 하는 전파의 주파수에 LC의 상수(常數)를 맞춤으로써 안테나로부터의 미약전류를 비교적 큰 전압으로 하여 선택적으로 이끌어낼 수 있다. 회로에 손실(전기적으로는 저항)이 있으면 공진곡선이 낮아지면서 완만해진다.(0) 병렬공진회로() RLC 병렬공진회로는 그림 1과 같이 L과 C를 병렬연결하고 이를 R과 직렬 연결한 회로에 교류전원을 걸어준 회로이다. L과 C를 병렬연결 부분을 탱크회로로 부르기도 한다.(가) 병렬공진회로에서의 전류0) RLC 병렬공진회로에서 저항 R을 통해 흐르는 전류 i를 선전류(line current)라고 하고, 코일과 capacitor를 통해 흐르는 전류 iL와 iC를 순환전류(circulating current)라 한다. 임의의 시간 t에서는 Kirchhoff의 법칙에 따라가 성립한다. 하지만, 이 세 전류의 위상이 서로 다르기 때문에 i의 유효값은 iL의 유효값과 iC의 유효값의 합이 되지는 않는다. 한 예로 공진이 일어난 경우를 생각해보자. 이 때의 선전류의 유효값은(I는 식 (7)에 의해 주어짐)인데, 공진 때에는 0이 된다. 한편 공진 때에는 입력전압 V가 그대로 탱크회로에 걸리므로 VT = V 이고,,(11)(12)가 된다. 따라서 그 유효값들은,(13)(14)가 된다. 이 값들은 0이 아니며,이므로 이 두 전류의 크기는 같다. 선전류가 0인데도 IL과 IC가 0이 아닌 것은 iL와 iC가 크기는 같고 위상차가 180 도이기 때문이다. 즉 공진 시에는 L과 C로 이루어진 loop를 순환하는 전류가 흐르게 된다.2. 실험장치 및 기구. 교류 전압계(AC Voltage Meter)가. 교류 전류계(AC Current Meter)나. 주파수-전압 가변 전원장치(AC Power Supply)다. 교류 회로 연결용 명판(RLC Circuit)라. 콘덴서(Capacitor)마. 코일 팩(Indenter)3. 실험방법(0) 회로의 공진 주파수 fo를 계산하여 기록한다.(1) 교류전원의 출력을 오실로스코우프로 관측하여 1로 하고, 주파수를 fo보다 훨씬 작은 값부터 훨씬 큰 값까지 변화시키면서 저항과 탱크회로 양단의 전압()을 oscilloscope로 측정해 표에 기록하시오. 각 주파수에서 전원의 전압이 1가 되는지 확인하고 아니면 전원 전압을 조정해서 1가 되도록 해야 한다.(2) 저항과 탱크회로 양단의 전압을 주파수의 함수로 그린다.- 전류측정 -(3) 그림의 회로를 만드시오. RL과 RC의 값을 측정하여 표에 기록하시오.(4) 교류전원의 출력을 오실로스코우프로 관측하여 1로 하고, 주파수를 fo보다 작은 값부터 큰 값까지 변화시키면서 RL과 RC에 걸리는 전압,과()를 측정하여 표에 기록하고, 그로부터 IL과 IC ()를 계산하시오. 각 주파수에서 전원의 전압이 1가 되는지 확인하고 아니면 전원 전압을 조정해서 1가 되도록 해야 합니다.(5) IL과 IC를 주파수의 함수로 그리시오.4. 실험결과. 실험 결과C0.02μFL10mHR3.3kΩ이론값=11.254 kHz = 11254 Hz주파수주파수(Hz)line=Z=-5000105581.4800.6780.0004481511.757-4000115691.3060.7900.000395
“업&다운 게임에서의 확률”확률과 랜덤변수 과제 1담당교수 : 신현동 교수님1. 업&다운 게임을 선택한 동기확률에 대한 과제를 받은후에 참신한 아이디어에 대해서 많은 고민을 하던 중에 동아리 개강총회 후에 술자리를 가지게 되었습니다. 술자리에서 간단한 게임을 하였는데 그 게임은 소주병 뚜껑을 보면 1-100번까지의 숫자가 들어 있는데 그 숫자를 맞추는 사람이 이기는 게임이었습니다. 간단한 게임이었지만 잘 찍는 사람 몇몇이 숫자를 잘 맞추고 나머지 사람들은 벌칙으로 술을 마시게 되는 상황이 계속되자 그 게임에서의 확률을 구해보기로 결심하였습니다.2. 게임 방법(업&다운 게임)소주병을 따시면 소주병에 숫자가 꼭 적혀있습니다.(위에는 14라고 적혀있네요) 그숫자를 맞추는 게임이고, 한사람씩 돌아가면서 숫자를 부리고 정답을 알고있는사람이 답을 말할때마다 UP & DOWN을 해주시는겁니다. 정답이 30일경우 첫 번째 사람이 50을 부르면 DOWN 이라고 말해주시고 그 다음사람은 50이상의 수를 부를수 없습니다. 그사람이 20을 부를경우 UP을 말해주시면 답의 범위는 20~50사이로 줄어드는 겁니다. 이런식으로 범위 좁혀가면서 정답을 맞춘사람이 걸리는 게임입니다.3. 수학적 분석1번만에 맞출 확률은해서 1/50이 되어 간단하게 구할 수 있지만 2번만에 맞출 확률부터는 사람들이 컴퓨터가 랜덤하게 부를 수 있기 때문에 표본 공간이 바뀌게 되어 정확한 수치를 구하기 어려웠습니다. 그래서 많은 실험을 통해서 평균적으로 몇 번 정도로 맞출 수 있는지 결과를 보면서 비교해 보겠습니다.4. 프로그램 분석void main(void){int a = 0, count = 0, TIME = 0, temp = 0;char response;int max = 50, min = 0; // 0-50 까지의 숫자로 설정함while(1){//randomize();srand((unsigned)time(NULL));temp = rand(); // random()함수를 대체할 rand()함수.a= temp%(max-min)+min; // 0부터 50까지 난수 발생printf("Is your %d number?(y,l,h) : ", a);response = getchar();switch(response){case 'y' : // y라고 숫자를 입력했을 때 결과값을 출력함printf("I guessed in %d tries!!",count);exit(0);case 'h' :min = a+1;break;case 'l' :max = a;break;default :printf("Wrong key");break;}}}-24라고 답을 예상한후 반복해서 구해보겠습니다.“ 이런 과정을 50번을 반복하면서 평균치로 5.583 이라는 결과값을얻을 수 있었습니다. ”10 4 5 6 7 5 6 4 5 5 6 8 2 7 2 7 6 6 7 3 3 5 10 5 -------(자동적으로 반복해서 카운터로 셀려고 했으나 오류가 계속 생겨 결국 수작업으로 시도했습니다.ㅠㅠ)* 결론 *업&다운 게임을 했을때에는 5-6번째 차례에 있는 사람이 게임에서 이길 확률이 가장 높게 나왔음.4. 과제를 마치며확률과 rand() 함수를 이용한 과제가 나왔을 때 많이 당황스러웠습니다. 확률에 대한 과제를 받고 참신한 소재가 중요하다는 것을 생각하면서 많은 생각과 인터넷을 찾아보면서 로또, 포카, 고스톱, 야구에서 안타칠 확률, 핸드폰 비밀번호를 까먹었을 때 맞추는 확률, 전세계 인구중에서 아버지와 어머니가 대한민국이라는 만나서 수억의 정자와 난자중에서 한쌍이 수정하여 내가 태어나고 여기에 다니고 있을 확률 등 많은 생각을 해보았는데, 프로그래밍에 대해 자신이 없어 과제를 하루이틀 미루다 보니 ftp서버에 다른 학생들이 올려 놓은 과제를 보면서 놀랍기도 하고 많은 주제에 대해서 올라와 있어 더 늦어지면 주제도 선택할 수 없겠다는 생각이 들어 서두르게 되었습니다.우연찮은 기회에 이 과제에 대해서 생각을 하게 되었고 4년전에 들은 프로그래밍 입문 수업의 기억으로는 프로그래밍이 불가능 하여 도서관에서 책을 빌려 프로그래밍을 공부하면서 무수히 많은 오류와 수정에 절망을 하면서 오류수정 부분에서는 친구의 도움도 조금 받았지만 같이 오류속에서 헤매게 되면서 불완전 하게 완성하였습니다. 완성을 하면서 드디어 과제를 해냈다는 뿌듯함과 함께 또 다른 과제가 나오면 어쩌나 하는 불안감도 함께 가지면서 제출합니다.다음번에는 조금 더 향상된 프로그램 실력으로 우수한 과제를 제출 할 수 있도록 노력하겠습니다.
물리학 및 실험2RLC회로의 임피던스0. 실험목적저항, 인덕터 및 축전기로 구성된 교류회로에서 주파수에 따라 변화하는 X(L), Xc를 각각 측정하고, RLC회로의 임피던스 Z를 구한다.1. 실험이론. 리엑턴스(Reactance)직류회로에서는 저항의 성질이 나타나지 않지만, 교류회로에서 주파수에 따라 저항값이 달라지는 것을 말한다. 예를 들면 코일이나 축전기는 교류회로에서 저항의 성질이 나타나는데 이 때 코일에 의한 저항값을 유도 리엑턴스, 축전기에 의한 저항값을 용량 리액턴스라고 한다. 물론 리액턴스는 저항값이기 때문에 단위는 ohm을 사용한다.가. 임피던스(Impedance)직류회로에서는 저항만이 존재하지만, 교류회로에서는 저항 외에도 코일에 의한 유도성 리액턴스, 커패시터에 의한 용량성 리액턴스가 존재한다. 이처럼 교류회로에서의 저항을 임피던스(impedance)라고 한다.나. 커패시터(Capacitor=콘덴서)전기를 저장할 수 있는 장치, 우리말로는 축전기 라고 하고 영어로는 CAPACITOR 라고 한다. 콘덴서의기본구조는 유전체와 전극이다.다. 교류회로에서의 임피던스와 위상각의 관계위상각은 전압 전류가 얼마나 뒤쳐져서 또는 앞서서 가는가를 나타내는 것이다위상각 = tan이다.(X: 리액턴스, R: 저항) 역률을 구해도 위상각을 알 수 있다.cos(위상차) =(R; 저항)라. RLC교류회로의 임피던스와 전류전압관계인덕터와 커패시터는 교류회로에서 서로 반대효과를 나타낸다. 인덕터는 전압의 위상이 앞서고, 커패시터에서는 전류의 위상이 앞선다.2. 실험장치 및 기구. 교류 전압계(AC Voltage Meter)가. 교류 전류계(AC Current Meter)나. 주파수-전압 가변 전원장치(AC Power Supply)다. 교류 회로 연결용 명판(RLC Circuit)라. 콘덴서(Capacitor)마. 코일 팩(Indenter)3. 실험방법(0) 실험에 필요한 장치들을 확인한다. 저항 팩 2개, 콘덴서 팩 2개, 코일 팩 2개, 전원장치 1개, 전압계 1개, 전류계 1개, 연결선 6개, 각 전원 연결선과 케이블(명판 및 전압계 연결용)1개 등이 있어야 한다. 그리고 전압계의 케이블 단자와 측정 명판 옆면의 케이블 단자를 서로 연결한 후에 다음의 세 가지 경우(RL 회로, RC 회로, RLC회로)에 대하여 실험을 수행한다.. R-L 회로(0) 저항 팩과 코일 팩을 한 개씩 각각 명판의 주어진 위치에 꼽는다. 그리고 콘덴서의 위치엔 연결선으로 서로 단락시켜 놓는다(즉, 양쪽 단자를 한 선의 끝에 놓는다). 이 때 전원 장치의 전원 스위치는 켜져 있지만 전압 조정 손잡이를 0의 위치에 둔다.(1) 전원 조정 손잡이를 천천히 돌려 전류계의 수치가 15mA가 되도록 한다. 이 때의 전원의 전압, 저항에 걸리는 전압, 그리고 코일에 걸리는 전압을 전압계의 선택 버튼을 누르면서 측정한다. 이 때 콘덴서 버튼을 누르면 위치는 0이 될 것이다. 이는 콘덴서 자리에 저항이 없는 전선으로 단락시켜 전선 양단 사이에 전압 강하가 발생하지 않았기 때문이다.(2) 다시 전원 조정 손잡이를 돌려 전류계의 수치가 30mA가 되도록 손잡이를 천천히 돌린다. 이 때에도 위와 같이 전원에 걸리는 전압과 저항, 코일 등에 걸리는 전압을 전압계의 선택 버튼을 눌러서 측정한다.(3) 이와 같이 전류를 15mA씩 증가시켜 측정값을 5~6개 얻을 수 있다.(4) 위 그래프의 기울기로부터 저항 R, 인덕턴스 L, 그리고 임피던스 Z값을 구한다.가. R-C 회로(0) 적당한 저항 팩과 콘덴서 팩을 명판의 위치에 부착하고, 코일의 위치에 연결선으로 단락시켜 둔다.(1) 실험 방법은 위의 R-L 회로 실험과 같은 절차를 거친다.나. R-L-C 회로(0) 적당한 저항 팩, 코일 팩, 콘덴서 팩을 명판의 위치에 부착, 연결한다.(1) R-L 회로 실험과 같은 방법으로, 전압을 측정할 때 각각의 소자에 걸리는 전압을 모두 측정해야 한다(실험 결과 표 참조)4. 실험결과. RL회로전류(I)ERELETRXLZZ=0.50mA1.6700.0331.69013.240.30213.3813.2431.00mA3.2450.0723.2783.2450.0723.2783.2461.50mA4.9300.0984.9903.2870.0653.3273.2882.00mA6.6200.1516.6900.8350.01650.8450.835가. RC회로전류(I)EREcETRXLZZ=0.50mA1.6860.0061.68813.360.02613.3813.3601.00mA3.2760.0063.2783.2760.0063.2783.2711.50mA4.9800.0074.9903.3200.0053.3273.3202.00mA6.6800.0136.6900.8430.0030.8440.843나. RLC회로전류(I)ERELEcETRXLXcZZ=0.50mA1.6900.0370.0061.71013.240.350.02413.3851.4571.00mA3.2420.0720.0063.2803.2420.0720.0063.2803.2431.50mA4.9300.1200.0054.9803.2870.080.0033.323.28792.00mA6.6200.150
물리학 및 실험2회 절 및 간 섭0. 실험목적단일슬릿 회절무늬와 이중슬릿 회절무늬를 관찰하고 단일슬릿 회절무늬를 이용하여 빨간색,녹색, 파란색 빛의 파장을 측정한다.1. 실험이론. 슬릿을 통과한 파동이 직진하지 않고 퍼지는 현상을 회절(fiffraction)이라 한다. 회절은 음파, 물질파, 빛을 포함한 모든 파동에 있어서, 진행하는 파면의 일부가 차단되었을 때 발생하는 현상으로 파의 일반적인 특징이다. 회절현상은 단일 슬릿을 통해 스크린에 나타나는 무늬들로 쉽게 관측된다.가. 이중슬릿에 의한 간섭도 파동의 간섭처럼 보강되거나 상쇄되는 곳은 여러 개 있다. 그래서 그것들에는 번호를 붙여 구분할 필요가 있는데, 보강되는 것은 보강되는 것끼리, 상쇄되는 것은 상쇄되는 것끼리 번호를 붙인다. 이 번호를 나타내는 것이 m이다.그림(b)를 보면 알수 있듯이 보강 간섭의 가운데인 m=0를 제외하고는 모든 보강, 상쇄점들은 좌우에 대칭으로 존재한다. 이 실험을 통해 슬릿 간격 d, 슬릿과 스크린 사이 거리 L, 무늬 간격 △x를 측정해야 한다.그렇게 하면 이중슬릿의 실험에서 측정한 값을 통해 빛의 파장(λ)을 알아낼 수 있어서 대단히 중요한 실험이다.회절이 잘 될수록(회절∝) 넓게 퍼지니까 무늬간격도 넓게 퍼진다. 또 스크린과 슬릿 사이의 거리가 멀어지면 상이 확대되듯이 무늬간격도 넓게 된다.이것을 식으로 나타내면 이 된다. 여기서 를 이용해 빛의 파장을 알아낼 수 있다.다른값은 측정하는데 별 문제가 없지만, 무늬간격은 하나 하나를 직접 측정하기는 어려울 수 있다. 이 때는 몇 cm사이에 밝은 무늬나 어두운 무늬가 몇 개 있는지 세어본 후, 무늬 길이를 무늬 개수로 나누어 한 개의 무늬 간격을 구하면 된다.2. 실험장치 및 기구. 회절판, 슬릿마스트, 필터, 광학대, 광원, 자3. 실험방법. 실험장치를 꾸민다.가. 회절판안에 있는 슬릿의 크기가 각각 다른 세 가지 단일슬릿 구멍을 들여다보고 관찰결과를 기록나. 단일슬릿의 회절무늬와 이중슬릿의 회절 무늬를 비교, 기록다. 광원 구멍에 색필터를 끼워서 회절 무늬의 변화를 조사라. 식을 통해서 각 빛의 파장을 구한다4. 실험결과. 실험 결과레이저의 파장 = 610~710(nm)(0) 회 절aLX0.02cm20cm0.75cm0.03748=2.1486749nm0.04cm20cm0.33cm0.01649=0.9457660nm0.08cm53cm0.45cm0.00849=0.4867679nm0.16cm91cm0.40cm0.00439=0.2519703nm(1) 간 섭adLX0.04cm0.25cm0.2cm78.5cm0.00254=0.1460637nm0.50cm0.1cm78.5cm0.00127=0.0730637nm0.08cm0.25cm0.2cm78.5cm0.00254=0.1460637nm0.50cm0.1cm78.5cm0.00127=0.0730637nm(2) 오 차회절(오차)간섭(오차)5.20~18.55%0.02cm0~7.57%0~11.45%0.04cm0~11.31%0~11.45%0.08cm0~13.22%0.16cm5. 분석 및 토의. 슬릿의 간격에 따라서 회절무늬의 간격은 어떻게 변화하는가공식에서와 같이 슬릿의 간격이 커질수록 밝은 무늬에서 가장 근접한 밝은 무늬의간격이 넓어짐.