소개글
"아주대학교 기초전기실험 예비보고서 DC"에 대한 내용입니다.
목차
1. 목적 및 이론
1.1. 실험 목적 및 이론
1.2. 실험장비
2. 병렬 저항
2.1. Three Parallel Resistors
2.2. Open Circults
2.3. Short Circuits
3. 병렬 DC 회로
3.1. Three Parallel Resistors
3.2. Kirchhoff's current law 적용
4. 직렬-병렬 DC 회로
4.1. Part 2
4.2. Part 3
4.3. Part 4
5. 직렬 저항
5.1. Three Series Resistors
5.2. Open Circuits
5.3. Short Circuits
6. 직렬 DC 회로
6.1. Basic Measurements
6.2. Voltage Divider Rule
6.3. Open Circuits
7. 참고 문헌
본문내용
1. 목적 및 이론
1.1. 실험 목적 및 이론
옴의 법칙(Ohm's Law)을 이해하고 이를 바탕으로 병렬 저항 회로와 직렬 저항 회로에서의 전압, 전류, 저항 간의 관계를 분석하는 것이 이번 실험의 목적이다. 옴의 법칙에 따르면 회로에 흐르는 전류의 세기는 전압의 크기에 비례하고 저항의 크기에 반비례한다. 따라서 전류, 전압, 저항 사이에는 I = V/R 의 관계가 성립한다.
병렬 저항 회로에서는 각 저항에 흐르는 전류의 합이 총 전류와 같고, 모든 저항에 걸리는 전압이 같다. 이를 통해 총 저항을 계산할 수 있다. 직렬 저항 회로에서는 각 저항에 걸리는 전압의 합이 총 전압과 같고, 모든 저항에 흐르는 전류가 같다. 따라서 직렬 연결된 저항의 값을 모두 더하면 총 저항을 구할 수 있다.
또한 키르히호프의 전류 법칙과 전압 법칙을 이용하여 회로에서의 전압과 전류 관계를 더욱 깊이 있게 분석할 수 있다. 키르히호프의 전류 법칙은 회로의 한 부분에 전하가 축적되지 않는다는 것을 의미하며, 전압 법칙은 회로 내의 어떤 닫힌 고리에서 전기적 힘에 의한 일의 합이 0이 된다는 것을 의미한다. 이러한 이론적 배경을 토대로 실험을 수행하고 결과를 분석하여 전기 회로의 특성을 종합적으로 이해하고자 한다.
1.2. 실험장비
본 실험에서는 100 Ω, 1K Ω, 1.2K Ω, 2.2K Ω, 3.3K Ω의 저항과 DMM(Digital Multimeter), DC Power Supply를 실험 기구로 사용한다. 저항은 옴의 법칙과 병렬 회로, 직렬 회로 등을 확인하는 데 사용되며, DMM은 전압, 전류, 저항 등을 측정하는 데 활용된다. DC Power Supply는 회로에 전압을 공급하는 데 필요한 장비이다. 이러한 실험 장비들을 통해 다양한 DC 전기회로의 특성을 확인하고 이론을 검증할 수 있다.
2. 병렬 저항
2.1. Three Parallel Resistors
각 저항에 옴의 법칙을 적용하면, I_1 = V_1/R_1, I_2 = V_2/R_2, I_3 = V_3/R_3가 성립한다. 병렬회로에서 전하량 보존 법칙에 따라 I_T = I_1 + I_2 + I_3가 성립한다. 그리고 병렬 회로에서는 각 저항에 걸리는 전압이 모두 같다. 따라서 V_1 = V_2 = V_3 = V_T이다.
위 3개의 식을 이용하면 {1/R_T} = {1/R_1} + {1/R_2} + {1/R_3}가 성립한다. 즉, 병렬 저항의 총 저항은 각 저항의 역수의 합의 역수로 계산할 수 있다.
이를 바탕으로 DMM을 이용해 저항값을 측정하고, 계산된 총 저항값과 실제 측정값 간의 오차를 구할 수 있다. 또한 회로에 일정한 전압을 공급한 뒤 전류값을 측정하고, 옴의 법칙을 적용하여 총 저항을 계산할 수 있다. 이 두 가지 방법으로 계산한 총 저항값과 실제 측정값 간의 오차를 비교하면 병렬 저항의 이론과 실제가 잘 부합함을 확인할 수 있다.
2.2. Open Circults
회로가 개방되어 있는 경우, 즉 회로의 어딘가에 단락이 발생하여 전류가 흐르지 않는 경우에는 각 저항에 걸리는 전압의 합이 전원 전압과 같아진다. 이는 키르히호프의 전압 법칙에 따른 결과이다. 회로의 한 부분이 개방되면 그 부분에는 전류가 흐르지 않게 되므로 그 부분의 전압강하가 발생하지 않는다. 따라서 전원 전압 전체가 나머지 저항들에 걸리게 된다. 예를 들어, 3개의 저항이 직렬로 연결되어 있고 그중 하나의 저항이 개방된 경우, 나머지 두 개의 저항에 전체 전원 전압이 걸리게 된다. 이를 통해 회로의 어딘가가 개방되었을 때 각 저항에 걸리는 전압의 합이 전원 전압과 같아짐을 알 수 있다. 회로의 개방은 회로 내부에 문제가 있음을 나타내는 중요한 지표이므로, 실험 중 이러한 상황이 발생하지 않도록 주의해야 한다. 또한 개방 회로 상태에서 각 저항에 ...
참고 자료
“옴의 법칙(비상학습백과 중학교 과학 ③)”, 네이버 지식백과, 2022년03월07일 접속,
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3344538&cid=47338&categoryId=47338
“[회로이론] 저항의 직렬 및 병렬연결”, PinkWink, 2022년 03월10일 접속, https://pinkwink.kr/237
“개방 회로, 단락 회로”, 정보통신기술용어해설, 20022년03월10일 접속, http://www.ktword.co.kr/test/view/view.php?no=1143
“키르히호프의 법칙[Kirchhoff’s Laws](물리학백과)”, 네이버 지식백과, 2022년03월08일 접속,
https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741675&cid=60217&categoryId=60217
“옴의 법칙(비상학습백과 중학교 과학 ③)”, 네이버 지식백과, 2022년03월07일 접속, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3344538&cid=47338&categoryId=47338
“저항의 직렬 연결(비상학습백과 중학교 과학 ③)”, 네이버 지식백과, 2022년03월08일 접속, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=3344540&cid=47338&categoryId=47338
“키르히호프의 법칙[Kirchhoff’s Laws](물리학백과)”, 네이버 지식백과, 2022년03월08일 접속, https://terms.naver.com/entry.naver?docId=5741675&cid=60217&categoryId=60217
Robert L. Boylestad, Gabriel Kousourou,『INTRODUCTORY CIRCUIT ANALYSIS(Twelfth Edition)』, Pearson, p.32~68
John W. Jewett, Jr., Raymond A. Serway,『대학물리학Ⅱ(8th edition)』, 대학물리학 교재편찬위원회 역, 북스힐(2017), p.669~670
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