본문내용
1. 서론
1.1. 실험 배경 및 목적
실험 배경 및 목적은 다음과 같다.
전도도(또는 비저항)는 물질의 전기적 성질을 나타내는 중요한 정보를 제공한다. 이를 실험적으로 결정하기 위해서는 우선 저항을 정확히 측정해야 하며, 이를 위해 휘트스톤 브릿지가 종종 사용된다. 본 실험에서는 휘트스톤 브릿지의 구조와 사용법을 익히고, 미지 저항체의 전기 저항을 측정하는 것이 목적이다.
1.2. 플레밍의 법칙 및 키르히호프의 법칙 소개
플레밍의 법칙은 전자기 유도 현상을 설명하는 법칙으로, 자기장 내에서 도체가 움직일 때 도체 내에 유도되는 전류의 방향을 규정한다. 이 법칙에는 오른손 법칙과 왼손 법칙이 포함된다.
오른손 법칙은 자기장 속을 움직이는 도체 내에 흐르는 유도전류의 방향과 자기장의 방향, 도체의 운동 방향과의 관계를 나타낸다. 자기장 속에서 자기력선에 놓인 도선을 자기장에 대해 수직으로 움직일 경우, 오른손의 엄지를 도선이 운동하는 방향으로, 검지를 자기력선의 방향으로 향하게 하면 도선 속에 발생하는 유도전류는 이것들에 대해 수직으로 구부린 중지 방향으로 흐른다.
왼손 법칙은 전류가 흐르고 있는 도선에 대해 자기장이 미치는 힘의 작용 방향을 정한다. 전류가 흐르는 도선 하나하나의 부분이 자기장에 의해서 받는 힘은 왼손의 중지를 전류가 흐르는 방향으로, 검지를 자기력선의 방향으로 향하게 하여, 이것들에 대해 수직으로 편 엄지가 가리키는 방향으로 작용한다.
키르히호프의 법칙은 복잡한 전기 회로에서 전류와 전압의 관계를 설명하는 법칙이다. 키르히호프의 법칙에는 제1법칙(분기점 법칙)과 제2법칙(고리 법칙)이 있다.
제1법칙(분기점 법칙)은 전류가 흐르고 있는 여러 개의 회로가 한 점에서 만날 때, 이 점에서 흘러들어오는 전류의 총합은 그 점에서 흘러나가는 전류의 총합과 같다는 것이다. 따라서 모든 분기점에의 전류의 합은 0이다.
제2법칙(고리 법칙)은 모든 닫힌 회로에서 각 소자를 지나갈 때 전위차의 합은 0이라는 것이다. 이는 전기력이 보존력이기 때문에 성립하며, 회로의 한 점에서 출발하여 어떤 회로 요소들을 모두 통과하고 순환하여 출발점으로 돌아왔을 때 반드시 출발하였을 때와 같은 전위가 측정되어야 함을 의미한다.
1.3. 휘트스톤 브릿지의 원리
휘트스톤 브릿지의 원리는 다음과 같다.
휘트스톤 브릿지는 1833년 새뮤얼 헌터 크리스티에 의해 고안되었고, 1843년 영국의 물리학자 찰스 휘트스톤 경(Sir Charles Wheatstone)에 의해 개선되어 널리 알려진 회로이다. 휘트스톤 브릿지는 알려지지 않은(미지) 저항값을 구하기 위해 가장 보편적으로 사용되는 간단한 회로이다.
휘트스톤 브릿지는 다이아몬드 모양으로 연결된 4개의 저항기로 구성되어 있다. 휘트스톤 브릿지가 평형을 이루어 검류계에 전류가 흐르지 않는 (c-d 사이에 전위차가 없는) 상태에서 다음 두 식을 만족하여야 한다.
I1 * R1 = Ix * Rx
I2 * R2 = I3 * R3
이 때, 검류계에 흐르는 전류는 없으므로, I1 = I2 , I3 = Ix 이고 따라서 위 식에 적용하면 R1/R2 = Rx/R3 이고 Rx = (R1/R2) * R3 가 된다.
이는 미지저항 Rx는 3개의 기지저항 R1 , R2 , R3를 통해 계산할 수 있음을 의미한다. 실제 실험에서는 기지저항 중 일부를 가변저항으로 사용하여 검류계의 전류가 0을 가리키는 지점을 찾을 수 있다. 따라서 이 실험에서는 기지저항 1개(R3)와 가변저항 2개(R1 , R2)의 역할을 하는 저항선 보드를 이용하여 미지저항을 측정한다. 이를 통해 앞선 식의 R1/R2부분을 구할 수 있다.
2. 본론
2.1. 플레밍 법칙의 이론 및 응용
2.1.1. 오른손 법칙과 왼손 법칙
오른손 법칙은 자기장 속을 움직이는 도체 내에 흐르는 유도전류의 방향과 자기장의 방...
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