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[예비레포트] 10진 카운터 제작

1. 논리게이트디지털 논리 회로는 일정한 입력에 대하여 논리적인 판단을 할 수 있는 전자적인 회로로 구성되어 있으며 시스템의 목적에 맞게 입력된 2진 논리 신호들에 대해 적당한 2진 신호를 출력한다. 디지털 논리 회로를 구성하는 논리 게이트들의 종류와 역할은 다음과 같다.(1) AND GATEAND 게이트는 2개 이상의 입력 단자와 1개의 출력단자로 구성된 게이트로, 논리적 연산은 모든 입력이 논리 1을 나타낸 경우에만 출력이 1이 되고, 그렇지 않고 입력중 하나라도 0이 되면 전체적인 출력 신호는 0이 된다.inputoutputXYS001101010001진리표논리기호논리식IC회로[그림 1-1] AND GATE(2) OR GATEOR GATE 는 2개 이상의 입력단자와 1개의 출력단자로 구성된 게이트로, 논리적 연산은 입력 중 하나만이라도 논리 1을 타나낸 경우에는 출력이 1이 되고 그렇지 않고 입력이 모두 0이 되면 전체적인 출력신호는 0이 되는 회로를 의미한다.inputoutputXYS001101010111진리표논리기호논리식IC회로[그림 1-2] OR GATE(3) NOT GATENOT GATE 는 반전 논리 기능을 수행하는 게이트로, 즉 어떤 논리의 입력이 주어졌을 때 그 반대의 논리로 변환된 출력을 내보낸다.inputoutputXS0110진리표논리기호논리식IC회로[그림 1-3] NOT GATE(4) NOR GATENOR GATE는 2개 이상의 입력단자와 1개의 출력 단자로 구성된 게이트로써, 논리적 연산은 OR 게이트의 결과에 NOT게이트를 접속한 것과 같다. 즉, 모든 입력이 논리 0을 나타낸 경우에만 1이 된고, 그렇지 않고 입력 중 하나라도 1이 되면 전체적인 출력신호는 0이 되는 게이트이다.inputoutputXYS001101011000진리표논리기호논리식IC회로[그림 1-4] NOR GATE2. 디지털 IC의 종류와 특징논리 게이트들은 IC(Integrated Circuit)로 만들어 사용하고 있는데 하나의 IC package속에는 여러개의 논리 게이트를 포함하고 있다. 이 IC들은 동작 속도가 빠르고 소비전력도 적어 다양한 목적의 전자 및 컴퓨터 회로를 구현하는데 사용되고 있다.디지털 IC는 구조면에서 바이폴라형(bipolar type)과 유니폴라형(unipolar type)의 두 종류로 크게 구분할 수 있으며 회로구성, 용도 등에 따라 많은 종류로 세분할 수 있다.(1) 바이폴라형① DTL(Diode and Transistor Logic)형은 초기에 개발된 IC로서 회로가 주로 다이오드나 트랜지스터로 구성되어 있으며 현재는 구형에 속하여 별로 사용하지 않는다.② TTL(Transistor and Transistor Logic)은 회로의 주요 부분이 트랜지스터로만 구성되어 동작속도도 빠르고 가장 많이 사용되고 있다. (SN54, SN74 시리즈)③ ECL(Emitter Coupled Logic)은 300MHz이상의 고주파에서도 동작하는 것이 장점이나 소비 전력이 크고 음(-)의 전원전압을 필요로 하는것이 단점이다. (ECL 10000 시리즈)④ I2L(Integrated Injection Logic)은 집적도를 높이고, 제조공정을 간단히 할 수 있으며, 저전압으로도 동작이 가능하고, 소비 전력도 크다.(2) 유니폴라형① CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형은 소비전력이 적어 전자계산기, 디지털 시계 등에 이용되고 있다. (CD4000, MC14500 시리즈)② NMOS(N channel Metal Oxide Semiconductor)형은 회로 구성이 매우 간단하며 고집적화가 가능하므로 초소형 컴퓨터에 활용되고 있다. (TC40H, TC74HC 시리즈)▣ 74LS90의 기능74LS90은 2진카운터와 5진카운터가 각각 독립적으로 동작되는 회로가 한 패캐지 안에 들어있다. 그래서 2*5=10진 카운터(decade counter) 가 되는것이다.countoutputQ3(11핀)Q2(8핀)Q1(9핀)Q0(12핀)000*************001**************************91001[그림 2-1] 74LS9014핀으로 2진 카운터의 입력이 들어가면, 출력이 12번핀(Q0)으로 나오게 되고, 12번핀 출력신호의 일부는 5진 카운터로 입력되므로, 신호가 1번핀(5진 카운터의 입력)으로 들어가게 된다. 그러면 74LS90의 내부 5진 카운터가 카운터를 시작하고, 그 출력은 순서대로 각 핀[(9),(8),(11)]으로 출력되며 2진수로 표시된다.▣74LS47의 기능[그림 2-2] 74LS4774LS47는 BCD 코드를 입력받고 해독하여, 7-Segment 출력으로 표시하는 IC 이다.74LS90에서 출력된 각각의 신호는 74LS47 의A~D핀까지 입력으로 연결 되고, 입력받은 신호를 해독하여 a~g핀에서 출력신호를 보내게된다.3. 7 Segment[그림3-1]은 7개의 세그먼트의 형태 및 각각의 10진수를 표시한 모양을 나타낸다. 그림에서 7개의 세그먼트는 각각 a, b, c, d, e, f, g로 구성되었으며 10진수를 표시할 경우에는 각 세그먼트에 해당하는 LED(Light Emitting Diode)에 빛을 발광하게 된다.7세그먼트의 10진수 표시BCD to 7세그먼트 디코더의 진리표[그림 3-1] 7세그먼트7세그먼트에 사용되는 LED는 저항을 직렬로 연결한 후 전류를 흘러주면 발광하는 다이오드로서 2가지 타입으로 구성되어 있다. 하나는 공통 캐소드(common cathod)형 혹은 K형이며 다른 하나는 공통 애노드(common anode)형 혹은 A형이다. K형은 다이오드의 캐소드를 공통으로 GND에 묶어 두고 발광을 원하는 단자에는 논리 1을 입력하고 그렇지 않은 단자에는 0을 입력하는 구조로 된 것을 말한다.반면 A형은 다이오드의 애노드를 공통으로 Vcc에 연결하고 발광을 원하는 단자에는 논리 0을 입력하고 그렇지 않은 단자에는 1을 입력하는 구조로 된 것을 말한다. 이를 비교한 것이 [그림3-2]이다. 7세그먼트 중에서 FND 500과 560은 K형이며 FND 507과 567은 A형이다.[그림3-2] K형 7세그먼트, A형 7세그먼트실제로 BCD정보를 입력했을 때 이것이 7세그먼트에 10진수로 출력되기 위해서는 입력 2진수를 해석하여 적당한 LED에 빛을 발광할 수 있도록 하는 해독기가 필요하다. 이와같은 동작을 하는것이 BCD to 7세그먼트 디코더 이다. 이 디코더도 사용하는 7세그먼트 특성에 맞게 사용하도록 K형과 A형이 있는데 7448과 7449는 K형이며 7446과 7447은 A형이다.[그림 3-3] K형 7세그먼트 디코더[그림 3-3]은 K형 7세그먼트 디코더의 동작을 나타낸 그림으로서 입력되는 2진 정보를 해독하여 해당 7세그먼트 LED에 전류를 흘려준다. 그림에서와 같이 7세그먼트에 4를 나타내기 위해서는 2진 정보 (0100)2를 입력한다. 그러면 디코더는 b, c, f, g에 논리 1을 출력하고 a, d, e에 논리 0을 출력한다.4. 74LS90의 리셋 방법[그림 4-1] 74LS90 IC[그림 4-2] 74LS90 Reset 진리도[그림 4-1]에서 보이는 74LS90에서 2번핀과, 3번핀에 해당하는 MR1, MR2는 Master Restet 단자이고, 6번핀과 7번핀에 해당하는 MS1, MS2는 Master Set 단자이다.

공학/기술| 2009.03.08| 4페이지| 1,000원| 조회(367)

7Segment, 10진 카운터, 기계 실험, 74LS90, 74LS47

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[예비레포트] 기계 실험 유속 측정

유속 측정 예비 레포트1. 실험 목적이 실험은 유량계의 원리를 파악하고, 유량계를 통해 액체의 유동에 대한 유량 및 유속을 측정한 후 나아가 레이놀즈 수를 계산하여 유동이 난류인지 층류인지를 구별해 내는데에 실험의 목적이 있다.2. 실험 기기 설명▣ 유량계의 종류유량계는 측정방법에 따라 다음과 같이 분류된다.체적유량계실제측정식(용적식)자력식회전자형(오발, 루트)로터리 피스톤형왕복 피스톤형다이어프램형습식드럼형서보식추측식차압식오리피스식노즐식벤츄리식면적식플로트형?피스톤형회전분류식-터빈식-소용돌이식소용돌이식칼먼소용돌이형?플루이딕형전자식-초음파식-상관식-핵자기공명식-레이저유속식-질량유량계직접식열선식-코리오리스식-차압식-각운동량식-간접식ρQ2를 검출하는 유량계와 밀도계의 조합형Q를 검출하는 유량계와 밀도계의 조합형ρQ2를 검출하는 유량계와 Q를 검출하는 유량계의 조합형온도, 압력보정형 또는 온도보정형그리고 이중에서 실험 시 사용할 유량계는 차압식 유량계로써 그 원리 및 특징은 다음과 같다.▣ 차압식 유량계차압식 유량계는 액체 및 기체등의 유체 유량을 측정하는 경우 유체가 흐르고 있는 관로 중에 조리 기구인 오리피스, 벤츄리관, 플로우 노즐등을 설치하여 전후 발생되는 압력의 차로서 유량을 검출하는 방식이다.베르누이 법칙에 의하면 유체가 흐르고 있는 관로상 일부를 축소시키면 유체가 그 부분을 통과할때 속도는 증가하고 압력이 감소함으로써 조리기구 전후 압력차와 유량과의 사이에는 일정한 관계가 성립 되어짐으로써 곧, 차압을 측정하여 유량을 구하는 구하는 것이다.(1) 차압식 유량계의 장점① 구조가 간단하며, 이동 또는 가동부분이 없다.② 측정특성 및 실험데이타가 풍부하여 규격서의 제작사양, 설치조건을 잘 따를경우 별도 교정 없이도 5％정도의 측정 정확도를 얻을 수 있다.③ 가격이 다른 유량계에 비해 비교적 저렴하다.④ 거의 모든 유체 측정에 쉽게 적용할 수 있다.(2) 차압식 유량계의 단점① 정확도에 있어서는 다른 전자 유량계 등과 비교할 때 차이가 있다.일반적으로 차압 유량계는 개개마다 교정되어져 판매되지 않기 때문에, 경우에 따라서는 ±2％이상의 정확도는 기대하기가 곤란하다.② 유출계수 및 정확도는 배관 형태, 유체의 유동상태에 따라 상당히 영향을 받는다.③ 노후화 즉, 차압검출부 및 도압관 등의 마모와 부식정도에 의해 큰 오차가 발생될 수 있으며, 이에 대한 영향의 정도가 정량화 되어 있지 않다.(3) 차압식 유량계의 종류① 벤츄리미터벤츄리미터는 비교적 유체의 에너지손실이 적도록 하기 위하여 유로가 완만히 수축, 확대되도록 설계되어 있다. 일반적으로 약각도의 원통형 축소부와 길이가 짧은 원통 부분,정도의 원통형 디퓨져(diffuser)로 구성되어 있으며, 이들의 각 중심이 동일직선상에 위치하도록 설계되어 있다. 벤튜리미터는 다른 유량계들에 비하여 경계층의 박리가 심하지 않으므로 에너지소실이 작으나 노즐이나 오리피스 비해 고가인 것이 단점이다.② 노즐유량을 측정하기 위하여 관로의 중간에, 또는 말단에 설치하는 유동노즐은 유로를 축소하기 위한 만곡된 수축부와 길이가 짧은 원통형의 종단으로 구성되어 있다. 따라서 벤츄리미터에서 디퓨져 부분을 제거한 형상과 같게 된다. 벤츄리미터에서 디퓨져 부분은 유체의 에너지손실을 가능한 한 축소시키는 역할을 하므로, 유동노즐에서는 벤츄리미터보다 더 큰 에너지손실이 발생한다.③ 오리피스미터오리피스미터에서는 관로 중에 관의 직경보다 작은 직경의 구멍을 갖는 얇은 금속판을 설치함으로써 유로의 단면적을 축소시킨다. 이 때 관의 중심과 오리피스 구멍의 중심은 동심이 되도록 설치하여야 한다. 이 경우 관로의 급격한 축소로 인한 유체 경계층의 심한 박리현상 때문에 오리피스 하류 흐름의 넓은 영역에 걸쳐서 유체의 재순환영역이 존재하게 되고, 따라서 심한 에너지손실을 나타내게 된다. 그러나 제작이 간편하고, 가격이 저렴하여 오리피스는 실제 유량측정에 많이 사용되고 있다.3. 실험 관련 이론▣ 차압식 유량계의 측정원리단면이 원형인 수평배관의 중심에 동심원인 구멍이 있는 평판 형태의 조임기구를 흐름에 직각으로 설치한다. 유체는 비압축성으로 점도의 영향이 없는 유체이며 흐름은 정상적인 흐름으로 관로내를 가득차서 흐르고 있다면 조임의 상류 단면도 a 와 하류의 흐름이 좁혀진 단면 b 와의 사이에는 베르누이방정식[eq. 1]과 연속방정식[eq. 2]이 성립한다.---- [eq. 1]-------------- [eq. 2][eq. 1]과 [eq. 2]에 따라 조임기구를 통과하는 부피유량 Q 와 차압(P1-P2)과의 관계는로 나타낼 수 있다.실제 유동에 있어서는 관마찰에 의한 에너지손실이 수반되므로 실제 유량Q는여기서(송출계수:discharge coefficient)는 레이놀즈 수와 관의 기하학적 형태에 따라 변화하므로 실험적으로 결정한다.▣ 레이놀즈 수(Reynolds number)레이놀즈 수(Reynolds number)는 "관성에 의한 힘"과 "점성에 의한 힘(viscouse force)"의 비로서, 주어진 유동 조건에서 이 두 종류의 힘의 상대적인 중요도를 정량적으로 나타낸다. 유체 동역학에서 가장 중요한 무차원 수 중 하나이며, 다른 무차원 수들과 함께 사용되어 동적 상사성(dynamic similitude)을 판별하는 기준이 된다. 두 유동 패턴이 기하학적으로 상사일 때, 이 두 유동의 주요 무차원 수들이 동일한 값을 가지면, 이 두 유동이 동적 상사성을 가졌다고 말하며, 이 두 유동은 그 형태가 유사하게 된다.

공학/기술| 2009.03.08| 4페이지| 1,000원| 조회(281)

유량계, 유속 측정, 차압식 유량계, 유동상태, 부식정도

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[예비레포트] 기계 실험 Strain Gage를 이용한 힘 센서 제작

1. 스트레인 게이지(Strain Gage)스트레인 게이지는 기계적인 미세한 변화(Strain)을, 전기신호로 해서 검출하는 센서 이다. 스트레인 게이지를 기계나 구조물의 표면에 접착해두면, 그 표면에서 생기는 미세한 치수의 변화, 즉 Strain을 측정하는 것이 가능하고, 그 크기로부터 구조물의 강도나 안전성의 확인을 위한 응력의 크기를 알 수 있다. 또 스트레인 게이지는 힘, 압력, 가속도, 변위, Torque등의 물리량을 전기신호로 바꾸기 위한 센서의 수감 소자로도 응용되고, 실험, 연구뿐 아니라 계측제어용으로도 널리 이용되고 있다.▣ 스트레인 게이지의 원리스트레인 게이지는 금속저항소자의 저항치 변화에 따라, 피측정물의 표면의 변형을 측정하는 것이다.일반적으로 금속재료의 저항치는 외부로부터 전해지는 힘이 늘어나면 증가하고, 압축되면 감소하는 성질을 가지고 있다. 예를 들면 최초의 길이L의 물체가 Δℓ만큼 늘어났다 하고, 최초 R이었던 저항치가 Δr 만큼 변했다고 하면 다음과 같은 관계가 성립된다.여기서 G는 게이지 상수라 하며, 스트레인 게이지의 감도를 나타내는 계수이다. 일반용의 금속선을 이용한 형태의 스트레인 게이지는 G의 값이 2에 가까운 값으로 되어 있다.▣ 스트레인 게이지의 종류(a) 금속선(b) 금속박막(c) 반도체[그림 1-1] 스트레인 게이지의 종류▣ 스트레인 게이지 부착 방법1) 표면처리- 접착 표면의 페인트, 녹, 코팅 등을 그라인더나 sand paper등 을 사용하여 을 사용하여 제거한다.- 표면의 기름이나 그리스 등을 제거하기 위하여, 거즈를 사용하여 닦아낸다. 거즈로 닦아냄에 있어, 계속 한 방향으로 밀어내듯이 닦아내야 한다.2) 위치의 선정- 접착 위치를 정확히 하기 위하여, 연필로 눈에 보일 정도로만 선을 그어준다. 너무 깊게 선을 그을 경우 이는 gage의 측정치에 영향을 줄 수 있다.- Gage를 스카치테잎 등을 이용하여 정해진 위치에 옮긴 다음 접착제를 붙일 준비를 하게 된다.스카치테잎의 이용시 주의 사항은 테이프에 붙어 있는 gage가 꺾여지지 않도록 앞부분을 당기면서 위로 들어주게 되면 gage에 손상이 가지 않도록 잘 사용할 수가 있다.3) Gage의 접착- 위치가 선정된 gage는 시료와의 접착을 하게 되며 접착에는 Strain gage용의 특수한 bond가 이용된다.- 스카치테잎에 부착된 gage의 겉표면에 촉진제를 바른 다음 접착제를 2-3 방울 떨어뜨린 후 gage로 스카치테잎을 밀어주면서 누르면 되며, 약 1-2분간 손으로 누르고 있으면 완전히 curing이 된다.- 완전히 굳은 후에는 brush에 Solvent를 묻혀 테잎의 밑면에 발라주면서 젖힌 후에 테잎을 제거하게 되면 gage에 손상없이 테잎의 제거가 가능하다.- 테잎이 제거되면 Solvent를 이용하여 gage의 표면 및 주변부를 깨끗이 닦아주면 된다.2. 휘스톤 브릿지(Wheatston Bridge)접착된 스트레인 게이지가 Strain(ε)를 받은 경우에 발생하는 저항치 변화는 극히 작다. 이렇게 작은 저항치변화를 효율적으로 전기신호로 전환 시키기 위해 스트레인 게이지는 통상 휘스톤 브리지 회로에 넣어서 사용한다. 이 경우 브리지회로를 꾸미기에 따라서 측정하고 싶은 신호만을 얻을 수도 있다.[그림2-1] 휘스톤브릿지a2b[그림 2-1]의 휘스톤브릿지에서 저항 R1, R2, R3, R4가 적당히 조절되어서 R1= R2=R3= R4 이거나 또는 R1×R3 = R2×R4 의 값을 가진다면, a와 b점 사이에 전류가 흐르지 않게 되고, 이것은, a점과 b점은 전위차이가 없다, 즉 전압이 0V라는 뜻이다. 입력측에 어느정도 전압(E)이 걸려도 출력 전압 e 는 0이 될 때, 이 브릿지의 상태를 발란스(Balance)가 되고 있다고 말한다. 하지만 발란스가 맞지 않을 경우 저항변화에 맞는 출력전압이 발생한다.휘스톤 브릿지에 대한 스트레인 게이지 사용방법은 게이지를 접속한 수에 따라 1매만 브릿지에 연결한 1gage법부터 2개를 연결한 2gage법, 그리고 4개를 연결한 4gage법이 있다.1게이지법2게이지법3게이지법[그림 2-2] 스트레인 게이지에 따른 휘스톤 브릿지의 구성일반적으로 사용되는 1게이지법은 [그림 2-2] 의 첫 번째 회로와 같다. 여기서 스트레인 게이지가 Strain을 받아 저항 ΔR 의 변화가 발생하면, 출력 전압가 된다.이 식을 [식 1-1]에 의해 다시 표현하면로 나타내어지고, 여기서 ε이외는 다 아는 값이기 때문에 휘스톤 브릿지의 출력전압(E) 을 측정하면, strain을 아는 것이 가능하게 된다.3. 가변저항(Variable resistance)가변저항이란 값을 변화할 수 있게 되어 있는 저항으로, 전류ㆍ전압 조절용 또는 측정용 등에 쓰인다.가변저항에서는 다이얼을 돌림으로써 다이얼의 위치에 따라 저항체와 접촉하는 위치가 변하게되고 연속적으로 저항값이 변하게 된다. 가변저항에는 회로의 전류나 전압을 조정하거나 회로부품의 불균형에 의한 동작상태를 조정하기 위해 사용되는 반고정 저항과, 음량이나 이퀄라이져의 조정 등을 위해 사용하는 볼륨이 있다.▣ 가변저항의 종류[그림3-1] 반고정 저항① 반고정 저항[그림3-2] 볼륨통상적으로 가변저항이라 불리는 반고정저항은 회전 할 수 있는 각도가 300° 정도이고, 또한 저항값을 미세하게 조정하기 위해서 기어를 조합하여 다회전(10∼25회전)구조로 설계된 potentiometer도 있다. 반고정 저항에는 탄소피막형에서부터 플라스틱몰드형, 금속 피막형, 서미트가 있으며 이중 금속피막형과 서미트는 오차가 적으며 특히 안정성이 좋아 먼지가 많거나 회로주변의 온도와 습도의 변화가 심한 경우 많이 사용된다.

공학/기술| 2009.03.08| 2페이지| 1,000원| 조회(292)

스트레인 게이지, strain gage, 힘 센서, 스트레인 게이지 부착

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일반 물리 실험(2) 전자의 비전하 측정 실험 결과 레포트

1. 실험 목적균일한 자기장 내에 수직하게 입사한 전자가 받는 자기력에 의해 이 전자가 등속원운동 하는것을 이해하고, 이 운동의 해석으로부터 전자의 전하량 대 질량의 비인 비전하(e/m)를 측정한다.2. 실험 개요- 균일한 자기장 내에 수직으로 입사한 전자가 등속원운동을 하는 것을 이해한다.- 전자 가속장치의 원리를 이해한다.- 헬륨홀츠 코일의 중간 지점에서 균일하고 강한 자기장이 형성되는 이유를 이해한다.- 이 실험에서 지구 자기장은 전자의 운동에 영향을 미쳤을까? 그와 같은 현상을 관측하였는가? 지구 표면에서의 자기장은 대략 0.3~0.6G(1G=10-4T)이다.- 전자의 비전하의 측정값으로부터 전자의 질량을 구해 본다.단, 전자의 전하량은 1.602 x 10-19C 이다.3. 실험기구- 전자의 비전하 측정장치? 헬름홀츠 코일 : 반경=14.6cm, 코일 감은 수=130회? 비전하 측정관 : 내부에 전자가속장치를 포함하고 있으며, 헬륨가스로 채워져 있는원형 전구- 전원장치? DC 12V 단자(헬름홀츠 코일에 전류공급)? H6.3V 단자(필라멘트에 전원공급)? K-P 단자(비전하 측정관 내부의 전자가속장치에 전위차 생성)4. 실험 방법① 그림과 같이 비전하 측정장치(검정색 박스)의 전면에 있는 6개의 단자와 전원장치의 6개의 단자를 각각 리드선으로 연결한다.② 전류천칭을 솔레노이드의 L자형 단자 전원 스위치를 올린다. 전원 스위치를 올리면 비전한 측정관 내부의 필라멘트가 빨갛게 가열되기 시작하는데, 필라멘트가 충분히 가열될 때 까지 1분 정도 기다린다.③ 전원 장치의 우측에 있는 전압조절 다이얼을 서서히 돌려 전자가속장치의 음극(K)과 양극(P)사이의 전압을 150V가 되게 하고, 이 전압 V를 기록한다. 이때, 전압을 높여줄수록 전자의 운동 궤적이 선명해짐을 볼 수 있다.④ 비전하 측정 장치의 전면 좌측 하단에 있는 전류조절 다이얼을 돌려서 헬름홀츠코일에 흐르는 전류를 조절하여 자기장의 세기를 변화 시켜가면서 전자의 운동 궤적이 원이 되게 한다.⑤ 비전하 측정관의 앞에 있는 금속 눈금자가 전자의 원운동 궤적의 정중앙에 오도록 높이를 조절한 후, 전류값을 정하고 그 때의 원운동 궤적의 지름을 측정한다.⑥ 전자의 원운동의 지름을 작게 변화 시켜 가며 실험을 반복하고, 전자 가속장치의 음극(K)과 양극(K) 사이의 전압을 올린 후의 실험도 반복 수행한다.5. 결과 분석(1)실험 결과※ 실험값코일의 감은 수[N]=130코일의 반경[R]=0.146m실험 K-P 단자의 전압, 150V회14.25cm1.2A0.96 mT1.799328x1011C/kg-2.31%23.50cm1.4A1.12 mT1.949209x1011C/kg-10.83%32.50cm1.6A1.28 mT2.925032x1011C/kg-66.31%42.25cm1.8A1.44 mT2.853255x1011C/kg-62.23%52.00cm2.0A1.60 mT2.925032x1011C/kg-66.31%평균2.490371x1011C/kg-41.59%실험 K-P 단자의 전압, 240V회14.75cm1.2A0.96mT2.304734x1011C/kg-31.04%24.25cm1.4A1.12mT2.115128x1011C/kg-20.26%33.50cm1.6A1.28mT2.387781x1011C/kg-35.76%43.00cm1.8A1.44mT2.567930x1011C/kg-46.01%52.50cm2.0A1.60mT2.995233x1011C/kg-70.30%평균2.474161x1011C/kg-40.67%(2) 결과분석 및 오차논의전자의 비전하를 측정하기 위한 이번 실험은 그 원리는 결코 단순하지 않지만, 실험 절차는 비교적 간단한 단계를 통해 이루어 졌다. 일정한 횟수와 반경으로써 이루어진 두 코일을 간격을 벌려서 서로 맞보게 한 후, 코일에 전류를 흘려주면 코일 사이에는 수직한 방향의 자기장이 형성되고, 그 자기장 속에 전자를 입사 시키면 전자는 자기력을 받아 자기장내에서 원운동을 하게 된다. 그리고 이 때의 전류 및 원운동 궤적의 지름을 측정함으로써 전자의 비전하를 측정 할 수 있게 된다.여기서 전자를 입사 시키고, 입사 속도를 결정짓는 전자가속장치의 원리는 다음과 같다. 「실험방법 ②」의 과정을 통해 필라멘트를 가열하면, 이어 필라멘트 바로위의 음극판이 가열되므로써 음극판 내의 전자를 열에너지에 의해 방출 시킨다. 이와 같이 열에너지에 의해 방출된 전자를 열전자라고 한다. 음극판과 양극판의 양단에 V의 전위차를 가함으로써 음극판에서 방출된 전자는 두 판 사이의 전기장에 의해 가속되어 양극판의 중앙에 있는 구멍을 통해 빠져나가게 된다. 한편, 평행한 두 극판의 외부에는 전기장이 형성되어 있지 않으므로 양극판을 빠져나온 전자는 더 이상 가속되지 않고 등속 운동을 하게 된다. 그러나 비전하 측정관은 헬륨홀츠 코일에 흘려 준 전류에 의해 형성된 균일한 자기장의 공간에 놓여 있으므로, 전자가 자기장에 수직하게 입사된다면 양극판을 빠져나온 속력로 등속 원운동을 하게 된다.이때 유리관 내부에 존재하는 헬륨가스가 음극판에서 방출된 전자와 충돌하여 초록색을 띄게 됨으로 인해, 전자의 원운동을 육안으로 관측 할 수 있게 된다.이와같은 이론을 바탕으로 진행한 실험에서도 K-P사이에 전압을 가하고, 코일에 전류를 가했을 때, 유리관 내부에 초록빛의 원궤적이 나타남을 확인 할 수 있었다. 실험당시 고려할 사항으로 지구 자기장의 영향도 생각해봐야 했지만, 이번 실험에서는 그 영향이 크지 않았던 것으로 판단된다. 그 이유는 원궤적의 형상에서 찾아 볼 수 있었다. 만약 지구 자기장의 영향이 전체 실험에 영향을 끼쳤다면, 자기장의 방향이 반드시 전자의 입사방향과 수직을 이루지만은 않기 때문에 자기장 내에서 받는 자기력의 방향이 변화할 것이고, 따라서 원궤적은 타원에 가까운 형태를 나타냈어야 했을 것이다. 하지만 실험 중 관찰한 전자의 운동 궤적은, 실험에서 사용한 전류에 대해 원형의 궤적을 나타냈으므로 지구자기장의 영향이 전체 실험에 큰 영향을 끼치지 않았다고 판단할 수 있다.이러한 사실은 자기장의 크기를 비교함으로써도 예측해 볼 수 있다. 위의 결과표를 통해 실험에서 쓰인 전류(1.2A~2.0A)에서의 자기장의 크기를 확인해 보면, 헬름홀츠 코일 사이에 발생한 자기장은 0.96mT~1.60mT 의 크기를 갖게 됨을 알 수 있다. 반면에 지구 자기장의 크기는 0.03mT~0.06mT 정도 이므로, 이는 실험에서 발생한 자기장의 크기에 비해 상당히 작은 크기가 되고 따라서 실험에 큰 영향을 끼치지 않았던 것으로 볼 수 있다.다음으로 실험값과, 측정값을 이용하여 계산한 전자의 비전하값을 살펴보면, 참값과 비교해봤을 때 그 오차가 적게는 2.31%에서, 많게는 70.3%까지 발생했다. 그 원인을 분석해보면,과 같은 계산식에서,는 실험기기에서 정해진 값이기 때문에 이를 통해 오차원인을 찾아내기는 힘들겠고, 남은 변수들 중는 진공에서의 투자율로써 실제 실험은 공기중에서 이루어진데 비해 계산식에 쓰인 값은 진공에서의 값이 쓰였으므로 이러한 사실도 오차의 원인이 될 수 있겠지만, 그 보다는(원궤적의 반지름)을 측정하는 과정에서 발생한 오차가 전체적인 결과에 크게 작용하였을 것이다. 즉, 원궤적의 지름 측정에 사용한 자는 최소 단위가 5mm로 되어 있어서 정확한 값에 맞추기가 힘들었고, 원궤적의 외곽 경계선이 뚜렷하게 나타나는게 아니였기 때문에 측정하는 사람이나 측정각도에 따라서도 그 차이가 존재하였고, 결과로써 기록한의 값이 실제의 값을 나타내지 못한 것으로 보인다. 이와같은 원인으로 인해 측정과정 중 발생한오차는 비록 큰 값은 아니였을 테지만 이 값을 이용한

공학/기술| 2009.07.17| 5페이지| 1,000원| 조회(1,936)

자기력, 전자의 비전하, 비전하 측정, 일반 물리 실험

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일반 물리 실험(2) 레이저의 파장 측정 결과 레포트

1. 실험 목적단색광인 레이저(Laser)를 이중 슬릿에 비췄을 때 나타나는 빛의 파동 성질인 회절과 간섭현상을 관찰하고, 이를 이용하여 레이저의 파장을 측정한다.2. 실험 개요- 빛의 파동 성질인 회절현상과 간섭현상을 관찰하고 이해한다.- 이중슬릿에 의한 광선의 경로도로부터 보강간섭과 상쇄간섭의 조건을 이해한다.- 슬릿의 폭(빛이 통과하는 구멍의 넓이)은 같으나 간격이 다른 이중슬릿 D와 E를 이용하여 시험하고, 그 결과 스크린에 나타나는 간섭무늬의 모양과 무늬간 간격을 비교하여 본다. 그리고 슬릿간 간격의 차이가 레이저의 파장 측정에 영향을 주는지를 생각해 본다.- 슬릿의 간격은 같으나 폭이 다른 이중슬릿 E와 F를 이용하여 실험하고,그 결과 스크린에 나타나는 간섭무늬의 모양과 무늬간 간격, 세기(밝기)등을 비교하여 본다. 그리고 슬릿의 폭의 차이가 레이저의 파장 측정에 영향을 주는지를 생각해 본다.- 단일슬릿, 다중슬릿, 십자선 슬릿, 원무늬 슬릿 등 여러 가지 슬릿을 이용하여 각 슬릿이 스크린에 나타내는 상을 관찰하여 본다.3. 실험기구- 레이저, 광학대(길이 120cm, 눈금자가 부착되어 있음), 광학용 10종 슬릿, 지지대, 스크린(A4 용지를 스크린으로써 사용), 줄자, 눈금자4. 실험 방법① 그림과 같이 광학대 위에 지지대를 이용하여 슬릿을 올려놓고, 솔릿 가까이에 광학대와 나란하게 레이저를 설치한다. 그리고 슬릿으로부터 상당히 먼 곳에 스크린을 설치한다. 이 때, 슬릿과 스크린은 반드시 평행하여야 한다.② 레이저의 전원을 켜코, 레이저의 광선이 슬릿 중 표식 D의 이중 슬릿을 정확히 수직하게 입사하도록 레이저의 위치를 조절한다.③ 광학대 위에 올려놓은 슬릿을 앞뒤로 또는 좌우로 조금씩 움직여가며 스크린 상의 간섭무늬가 선명하게 나타나게 한다.④ 스크린에 위에 형성된 무늬를 따라가며 스크린에 기록한다.⑤ 스크린 상의 정중앙의 가장 밝은 무늬의 중심으로부터 이웃하는 m번째 밝은 무늬의 중심까지의 거리를 측정하여 y라 하고 기록한다.⑥ 슬릿으로부터 스크린까지의 거리를 측정하여 L이라 하고 기록한다.⑦ 「광학용 10종 슬릿」의 표를 보고, 이중슬릿 D의 간격 d를 알아내어 기록한다.⑧ 슬릿간격이 다른 이중 슬릿 E와 F를 선택하여 앞에서의 측정을 반복하고, 이중슬릿이 아닌 단일, 다중, 십자선, 원무늬 슬릿 등을 선택하여 이 슬릿에 레이저 광선을 비춰봄으로써 여러 모양의 슬릿이 만들어 내는 간섭무늬를 관찰해 본다.5. 결과 분석(1)실험 결과※ 실험값? 레이저의 파장 632.8nm? 광학대 길이 120cm실험 이중 슬릿 D (슬릿 간격=, 슬릿 폭)회110.012m2.764m543nm210.0148m3.000m617nm310.015m3.030m619nm410.015m3.085m608nm510.031m6.200m625nm평균602nm실험 이중 슬릿 E (슬릿 간격=, 슬릿 폭)회110.007m2.764m633nm210.0075m3.000m625nm310.0075m3.030m619nm410.008m3.085m648nm510.016m6.200m645mn평균634mn실험 이중 슬릿 F (슬릿 간격=, 슬릿 폭)회110.007m2.764m633nm210.0075m3.000m625nm310.008m3.030m660nm410.008m3.085m648nm510.016m6.200m645nm평균642nm실험 이중 슬릿을 제외한 여러 모양의 슬릿에 의한 간섭무늬의 관찰 결과실험시 측정 한 그림H 슬릿I슬릿J슬릿(2) 결과분석 및 오차논의이중 슬릿을 통과하는 레이저 빛의 성질을 이용해, 레이저의 파장을 확인 하는 이번 실험에서는 실험조건의 변경(이중 슬릿의 종류, 슬릿과 스크린 사이의 간격 등)에 따라 결과값의 차이가 발생하므로, 여러번의 반복된 실험을 통한 평균치를 이용하여 결과를 도출하는 방식으로 실험이 진행되었다.레이저 빛이 이중슬릿을 통과하게 되면 회절과 간섭에 의해, 일정 거리 뒤에 놓인 스크린에서는 여러개의 무늬가 관측 된다. 이때 밝은 무늬는 보강간섭에 의한 결과이고, 어두운무늬는 상쇄 간섭에 의한 결과로써 이들의 측정을 통해 파장을 계산해 낼 수 있게 된다.우선 각각의 실험결과를 보면, 슬릿과 스크린 사이의 간격[]이 커질 수록, 중심 무늬로부터 다음 무늬 까지의 간격가 증가함을 알 수 있다. 이와 같은 현상은 당연한 사실로써 슬릿을 통과하는 빛은 회절하게 되고, 회절된 빛의 진행이 길어질 수록 처음 위치와의 수평방향으로의 차이가 증가하게 됨에 따라 나타난 결과이다.의 간격을 변화시켜가며 실험을 진행했지만, 그 차이를 20cm~30cm 정도로 두었을 때는 스크린에 형성되는 무늬끼리의 간격이 좁고, 큰 차이가 발생하지 않아측정값에 대한 변화가 거의 없었다. 때문에 기존 실험과 거의 두배에 가까운 길이()로 두고 실험을 진행하였고, 그 결과 우려와는 달리 밝기도 결코 약하지 않고 더 크며 확실한 무늬를 관측할 수 있었다. 이는 레이저의 빛이 강하기 때문에 흩어짐 없이 멀리 떨어진 스크린까지 빛이 전달될 수 있었을 것으로 보인다. 따라서 위의 사실들을 봤을 때, 이 실험은 가능한을 크게 두고 진행하는것이 더 좋은 결과를 얻을 것이라 예측해 볼 수 있었다.실험 과 실험 의 차이는 슬릿의 폭은 일정한 상태에서 슬릿간격[]이 두배로 증가함에 있다. 그 결과 같은 길이의에 대응하는값이 약 1/2로 감소 한 것을 확인 할 수 있는데 이와 같은 측정결과는 이론적으로 계산된에도 부합하는 결과로써, 파장이 일정한 경우 슬릿사이의 간격[]이 증가하면, 반대로 중심 무늬로부터 다음 무늬 까지의 간격[]이 감소하게 됨을 알 수 있다.다음으로 실험 와 실험 의 비교를 통해서는 슬릿의 폭의 차이가 스크린의 무늬 형성에 미치는 결과를 확인 할 수 있다. 이 두 경우의 실험에서는 슬릿간격[]이 같기 때문에, 동일한에 대해 같은가 측정되었다.(4번째 실험의 값에서만 약간의 차이가 발생했지만 이는 관측과 무늬를 종이에 기록하는 제도 과정 중 발생한 오차로 판단되며 전체적인 실험결과 분석에는 큰 영향을 주지 않는다.) 따라서 슬릿의 폭 차이는

공학/기술| 2009.07.17| 5페이지| 1,000원| 조회(398)

일반 물리 실험, 레이저 파장, 레이저 실험

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