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실험8-예비) 전자기유도

실험 18. 전자기 유도(예비)전자공학부 200ㅇㅇㅇㅇ ㅇㅇㅇ, ㅇㅇㅇ 조교님, 2012/5/17(목)[1] 목적이중 솔레노이드 코일에서의 상호유도 현상을 측정하여 Faraday 법칙을 이해하고, 변압기의 원리를 확인한다.[2]원리솔레노이드에 의한 자기장은 도선을 원통에 규칙적으로 감은 것을 솔레노이드라 한다. 그림 (b)과 같이 솔레노이드를 오른손으로 감아쥐면 엄지손가락이 가리키는 방향이 N극을 된다. n번 감은 솔레노이드에 전류 I가 흐르고 있을 때 솔레노이드 내부의 자기장은 B = k"nI (k"=4 ×10-7N/A2)이다.전류 자체는 하나의 자석이므로 전류와 자기장은 서로 힘을 작용하게 되는데 이 힘을 전자기력이라 한다. 그림 (c)나 (d)와 같이 도선에 흐르는 전류의 방향과 자기장의 방향이 수직인 경우, 오른손을 펴고 오른손의 엄지는 전류(I)의 방향, 나머지 손가락을 자기장(B)의 방향을 향하게 하면 손바닥이 향하는 방향은 전류가 자기장에서 받는 힘(F)의 방향이 되며 이를 오른손 법칙이라 한다. 자기장과 전류가 수직일 때 전류가 자기장에 받는 힘의 크기는 F = BIL이다.를 전기선속(electric flux)이라 하며 면을 수직으로 통과하는 전기력선을 의미하며 단위는이다. 전기장이 바로 단위면적을 통과하는 선속과 같으므로가 된다. 따라서 선속은 전기장에 면적을 곱한 것으로가 된다.그림1. 전기장 E 에 수직이 아닌 면에서의 전기선속무한한 긴 솔레노이드의 바깥 쪽의 자기장은 무시 할 수 있을 정도로 작으므로 자기선속은이 된다. 이 식에서는 코일의 감긴 횟수이고,,은 각각 코일내부 자기장과 단면적이다.1. 자체 유도계수(L)감은 수 N,길이 L,단면적 S,내부 철심의 투자율 μ인 코일 내부의 자기장 B는 전류 I에 의해가 된다. Φ = BS 이므로 유도 기전력 V는따라서 근사적으로가 된다.상호유도를 알아보면,그림과 같이 인접한 두 개의 코일에서 한쪽의 코일에 흐르는 전류의 세기를 변화시키면 그 전류에 의한 자기장이 변하므로 다른 쪽의 코일을 지나는 자기력선속(자속Ø)이 변하게 되어 이 코일에 유도 기전력이 생긴다.그림에서 1차코일의 스위치를 닫았다. 열었다 하면 그 순간에 전류의 세기가 변하게 되어 2차 코일의 검류계 바늘이 움직이는 것을 볼 수 있다.이와 같이 도선과 자기장의 상대적인 운동이 없어도 두 개의 코일을 가까이 놓고 한 쪽 코일의 전류의 세기를 변화시키면 다른 코일에 유도 기전력이 생긴다. 이러한 현상을 상호 유도(mutual induction)라고 한다.1.상호 유도 기전력상호 유도에 의해 생기는 유도 기전력의 크기는 1차 코일에 흐르는 전류의 시간적 변화율에 비례한다. 따라서 1차 코일의 전류의 세기가 시간 Δt 동안에 ΔI 만큼 변할 때 유도 기전력 V는 다음과 같이 표시된다.,여기서 비례 상수 M을 상호 유도 계수(mutual iductance)라고 하며 코일의 모양, 감은수, 철심의 종류 등에 의해 정해지는 상수이다. 상호 유도 작용의 단위 자체 유도 계수와 같은 헨리(H)의 단위를 사용한다.● 상호유도 계수1차 코일의 감은 수 N1, 길이 L , 전류 I1 이면 코일 속의 자기장 B는 B = μN1I1/L 이고 그 단면적을 S라고 할 때 1차 코일 속의 자속 φ는 φ= BS = μSN1I1/L이 된다.시간 △t동안에 전류 I1 이 △I1 만큼 변하면이 된다.이 자속의 변화는 2차 코일 속에서도 일어나므로 2차 코일의 감은 수를 N2라면 패러데이 법칙에서 2차 코일에 생기는 유도 기전력은이 된다.따라서는 코일의 모양, 철심의 유무에 의해 정해진다.3. 유도 전류의 방향2차 코일에 흐르는 유도 전류의 방향은 1차 코일에 생긴 자체 유도에 의한 유도 전류의 방향과 같다. 즉 1차 코일에 흐르는 전류 I1이 증가하면 I1과 반대 방향으로 유도 전류가 흐르고 1차 코일의 스위치를 끊어 전류 I1을 감소 시키면 2차 코일에는 I1과 같은 방향으로 유도 전류가 흐른다.2.상호 인덕턴스두개의 코일을 가까이놓고 한쪽 코일(1차코일)에 전류를 가해 자속이 발생하며 다른 쪽의 코일(2차코일)에서 1차코일의 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 기전력이 발생한다.-한쪽 코일의 전류가 변화할 때, 다른 쪽에서 유도 기전력이 발생하는 것을 상호유도라 한다.코일내의 전류가와 같이 변화한다면,,(식10)가 된다. 따라서 M을 측정하려면와를 측정하여 식(10)을 사용하면 된다.##변압기트랜스(trans)라고도 함. 전력용 변압기와 결합용 변압기까지 많은 종류가 있음. 전력용 변압기는, 변압기로 교류회로에 가하여지는 어떤 전압을 그보다 높이거나 또는 낮은 전압으로 변화시킬 수 있으며 전력은 변하지 않는다. 전원에 연결하는 1차권선과 부하에 연결하는 2차권선은 같은 철심(鐵心) 위에 감겨져 있다. 철심 내부에서는 철심이 없는 경우에 비해 자기장 B가 5000~6000배로 강해진다. 자기선속 φ도 마찬가지로 강해지게 된다.변압기 및 그 밖의 전기기기에서는 일반적으로 그 기기의 권선수에 적정한 전압 및 전류의 값이 정해져 있는 것을 정격전압(定格電壓) 및 정격전류라고 한다. 변압기에서 전압과 전류의 곱을 용량이라 하며, 볼트암페어(VA)라는 단위로 나타낸다. 그러나 VA의 단위는 작으므로 보통은 1,000 VA를 단위로 하여 1킬로볼트암페어(kVA)로 표시함.배전선로에 사용되는 변압기는 수십 kVA 정도까지의 용량이지만 고압 송전선로에는 수십만 kVA가 되는 대용량의 것도 있다. 변압기의 실제 구조는 용량이나 전압에 따라서 다르나, 주요한 부분은 권선과 철심이며 이것을 탱크(tank) 안에 넣고 절연유(絶緣油)를 가득 채운다. 기름을 사용하는 이유는 권선의 절연물에 습기나 먼지가 들어가서 절연내력(絶緣耐力)을 저하시키기 때문에 이런 현상을 방지하고, 철심이나 권선에서 발생하는 열을 기름의 대류나 복사(輻射)에 의해 방열시키기 위해서이다. 대용량의 변압기에서는 방열이 잘 되게 하기 위하여 탱크의 외부에 기름을 순환시키는 파이프나 방열기를 설치하며, 더욱 대용량의 변압기에서는 방열기에 선풍기를 설치하고 이것으로 바람을 보내서 방열효과를 좋게 하는 것도 있다.

공학/기술| 2012.08.23| 3페이지| 1,000원| 조회(163)

변압기, 물리학실험, 물실, 전자기유도, 물리학실험2, 물실2, 아주대물실2, 아주대..

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실험9-예비) 정류회로

실험 18. 전자기 유도(예비)전자공학부 200ㅇㅇㅇㅇ ㅇㅇㅇ, ㅇㅇㅇ 조교님, 2012/5/23(목)[1] 목적다이오드를 사용하여 교류를 직류로 변환할 수 있는 회로를 제작하고 특성을 관찰한다.[2]원리정류회로는 교류전압을 직류전압으로 바꾸어 주는 직류전원의 기본이 되는 회로이다. 정류회로에 사용되는 다이오드(diode)는 전류를 한 방향으로만 흐르게 하는 성질을 갖고 있다.p-n 접합형 다이오드의 동작원리는 다음과 같다. 그림(b)와 같이 전압E를 걸어줄 때, p쪽에 (+)를 n쪽에(-)전압을 걸어주는 경우를 순 바이어스 전압을 건다고 하고, 이 때 p층 내부영역의 hole은 n쪽으로, n층 내부의 전자는 p쪽으로 이동하고 외부 회로에는 순방향 전류가 흐른다.그림a그림b그림c이 전류는 거의로 표시된다. 여기서는 포화 전류로서 ,다이오드의 개별적 물성에 관한 항이며, 역방향 연결시의 포화누설전류이기도 하다. 또, q는 전자 혹은 hole의 전하량이고, V는 부가전압이다. 그림(c)는 (b)와의 역방향으로 전압 V(역 바이어스 전압)를 걸어 줄 때의 그림이고, p층 내의 hole 및 n층의 전자는 각각의 전극쪽으로 끌려간다.이 결과 hole과 전자가 이동해 가버린 후의 빈 영역을 결핍층(depletion layer)이라 부른다. 이 층에는 전기전도에 기여할 수 있는 자유전하가 없고 마치 절연체와 같이 된다. 역방향 전류는로 표시된다.한편, 순방향과 역방향을 고려하지 않고 일반적인 다이오드의 정류특성은이다. 이것을 그래프로 표시하면 그림(d)와 같다. 실제의 다이오드의 전류-전압 특성은 전압이 +인 경우라도 전압이 작을 때에는정도의 저항을 보이다가, 전압이 커지면서 지수함수적으로 전류가 증가해 전압이 1V정도일 때에는 수정도로 저항이 감소한다. 이 다이오드는 0.7V에서 약 700정도의 저항을 갖음을 볼 수 있다.순방향 바이어스의 경우에는 작은 전압에도 많은 전류가 급격히 흐르지만 ,역방향 바이어스의 경우에는 많은 전압을 걸어주어도 거의 전류가 흐르지 않는다. 다이오드의 종류에 따라 항복전압 이 달라진다.다이오드를 교류에 삽입하면 그림(e)와 같이 전압의 sine 커브에서 반 주기동안만 전류가 흐르게 하므로 전류가 흐르지 않는 반 주기 동안은 출력전압이 0이 된다. 이와 같은 정류형태를 반파정류라고 한다. 다이오드를 4개 사용하거나 다이오드 2개와 변압기를 사용하면 출력단자에서 한 주기 동안 내내 전류가 흐르는 회로를 구성할 수 있는데 이 경우를 전파정류라고 한다.이와 같은 정류한 출력전압은와 유사한 파형을 같게 되고 시간에 따라 심하게 변하는 특성을 갖는다. 그러나 직류전원은 시간에 따라 변화하지 않는 일정한 전압을 제공하여야 하므로 평탄한 파형을 갖도록 하는 과정이 필요하다. 이와 같은 역할을 하는 회로가 필터회로이다. 필터회로에는 여러 종류가 있지만 그 중에 가장 간단한 회로가 축전기와 전기저항을 사용하는 RC 필터다.반파 정류한 전압을 RC필터로 여과하면 RC회로의 축전기가 충전과 방전을 반복하게 되며 전기용량이 커질수록 출력 파형이 평탄하게 된다. 이외에 RLC필터 등이 있지만 현재에는 축전기, 트랜지스터, 반도체 직접회로 소자들을 이용하여 출력전압을 자동으로 조정하여 일정하게 하는 회로가 보편적으로 쓰인다. 즉, 정류회로는 한쪽 방향으로만 전류를 흘리는 정류기를 사용해서 구성한다. 단상반파(單相半波) 정류회로가 가장 간단하지만, 교류전원의 전류에 직류분(直流分)이 생긴다는 것, 직류측의 맥동이 크다는 것 등의 결점이 있다. 이 때문에 특별히 소전력의 경우를 제외하고, 일반적으로 단상브리지회로나, 3상전원에는 3상브리지회로가 사용된다.

공학/기술| 2012.08.23| 2페이지| 1,000원| 조회(205)

다이오드, 물리학실험, 정류회로, 물실, 전자기 유도, 물리학실험2, 물실2, 아주대..

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실험4-예비) 옴의 법칙

옴의 법칙(예비) 이름: ㅇㅇㅇ학번: 200ㅇㅇㅇㅇ학부: ㅇㅇ공학부[1] 실험 목적① 전자회로에 쓰이는 탄소저항이 옴의 법칙을 만족하는가 확인② 옴의 법칙의 의미 이해③ 소형 전구에 대하여 옴의 법칙 성립하는지 확인④ 옴의 법칙을 확인하기 위한 측정조건 검토[2] 실험 원리*정의: 도체내의 두 점 사이에 전위차를 가했을 때 이 사이에 전류가 흐른다고 가정하면, 이 두 점 사이의 도체의 저항은이 식으로부터이 일정하면 전류는 전압(퍼텐셜 차이)에 정비례한다. 이를 옴(Ohm)의 법칙이라 한다. 이 경우에대의 그래프는 원점을 지나는 직선이 되고 그 기울기가 전기저항이 된다. 온도가 일정할 때, 저항(또는 비저항)이 일정하다는 조건은 금속에서 잘 만족된다. 어떤 물질(어떤 합금이나 탄소)에서는 제한된 범위의 온도에서도 옴의 법칙을 잘 따른다. 옴의 법칙을 만족하는 물질을 옴성 물질(Ohmic material)이라고 하고 그렇지 않은 물질은 비옴성 물질이라 한다.(A)옴성 물질 (B)비옴성 물질옴성 물질의관계는 위의 그림과 같이 직선이다. 접합 다이오드 같은 비옴성 물질에서의관계는 직선이 아니다. 관계식는 이러한 곡선의 어떤 지점에서도 저항의 정의로 사용될 수 있다. 그러나 이것은 물체가 옴의 법칙을 따른다는 것을 의미하는 것은 아니다. 실제로는 다이오드의 저항은 전류가 흐르는 방향에 의존한다.일반적으로 전기저항, 또는 비저항은 온도의 함수이다. 온도에서 금속의 비저항은 어떤 기준온도에서의 비저항으로 표현된다. 즉이다. 여기서는단위의 비저항의 온도계수이다. 위 식는 제한된 범위의 온도에 대해서만 유효하다.따라서 위의 실험은 온도가 일정한 조건에서 해야 한다. 전구가 60Hz의 교류 전원에 의해동작할 때 필라멘트의 온도는 대략 일정하다.열의 방출은 느리게 일어나는 현상이기 때문이다. 그러나 전압의 변화를 느리게 하면, 예를 들어 1Hz 이하의 주파수로 전력을 공급하면, 측정하고자 하는 저항체의 온도가 변화하는 조건을 만들 수 있다. 필라멘트의 저항은 온도에 따라 현저하게 변화하므로 이러한 실험조건에서의 전류 대 전압의 관계가 곡선으로 관측하게 된다.

공학/기술| 2012.08.23| 1페이지| 1,000원| 조회(185)

전자회로, 옴의 법칙, 전위차, 물리학실험2, 물실2, 탄소저항, 옴의 성질

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실험2-결과) 축전기와 전기용량

축전기와 전기용량(결과)이름 : ㅇㅇㅇ학번 : ２００ㅇㅇㅇㅇㅇㅇ수업 : 목요일6,7반교수 : ㅇㅇㅇ 교수님조교 : ㅇㅇㅇ 조교님전하량의 변화에 따른 전압 변화()증명판의 접촉 횟수12345678V1.5V3V4.5V5V6.5V8.2V10V11V눈금보정량=>접촉횟수-전압변화의 그래프를 이용하여 접촉횟수가 증가함에 따라 전압이 거의 선형적으로 변화함을 확인해 볼 수 있다.Q1) 왜 전하를 추가함에 따라 전위가 변하는가?Ans) 양극으로 대전된 구에 증명판을 이용하여 대전시키면, 과 같이 증명판은 양극으로 대전된다. 그리고, 이때 이 증명판을 와 같이 축전기의 한쪽면에 접촉시키면, 전기적 중성상태를 유지하던 축전기의 한쪽면은 양극으로 대전된다. 이때 축전기는 전기적 중성상태가 무너지고 한쪽면은 중성인 반면, 한쪽은 양극인 불균형 상태가 된다. 그리고 이때, 두 면 사이에 전위차가 발생하게 되고, 이 전위차가 전위계로 측정되는 값이다. 위의 표를 확인해 보면 증명판의 접촉횟수가 증가 함에 따라 전 위가 선형적(약간의 오차를 감수하고)으로 증가함을 확인해 볼 수 있다.이는 증명판이 축전기에 접촉할때마다 접촉하는 면을 더욱 양극화 시키고, 이러한 변화는 전위차를 더욱 크게 증가시킨다. 전위차가 커짐에 따라서 전위계에서 측정되는 전압이 높아진다.Q2) 극판 간격을 두 배로 하면 어떤 효과를 기대하는가?Ans) 증명판의 접촉횟수가 8회 였을 때, 축전기에서 측정된 전위차는 11V 였다. 이때, 다른 조건은 유지한채 축전기 사이의 거리만을 2배(4mm)로 증가시켰다. 그 결과 20V의 전압이 측정됨을 확인 할 수 있었다.이러한 이유는 교재를 참조해보면 알 수 있는데, 축전지를 측정하는 전위계 내부에도 축전지(커패시터)가 존재하고, 이것은 측정을 할 때 측정하려는 축전지와 병렬 상태를 이루게 된다. 이때, 전위계 내부의 전기용량을라 하고 측정하려는 축전지의 전기용량을이라 했을 때,이 병렬로 연결되므로, Q=CV식을 이용하면,가 된다. 그리고, 평행판 축전기의 전기용량이므로, 이식을 대입해보면,가 된다. 여기서 두 극판사이의거리 d를 제외한 모든 값을 고정시킨 상태에서 d의 값만을 변수로 생각하면 식은같이 된다. 이때 d의 값이 두배 증가하게 되면, V의 값은 증가하게 된다. 전극 표면의 전하밀도(V)의 분포양극판증명판의접촉위치(r)00.25R0.5R0.75R0.9R1.0R안쪽(수평방향)6.0V6.5V6.5V6V6.5V7V안쪽(연직방향)8.5V6.5V6.5V6.0V6V8.5V바깥쪽(연직방향)-----4.0V4.0V4.0V8.0V8.5V=>위의 를 통해서 축전판의 안쪽에서는 연직방향으로의 위치변화에 따른 전압이 수평방향의 위치변화에 따른 전압변화에 비해 약간 높은 전압이 나옴을 확인해 볼 수 있다. 또한 안쪽, 바깥쪽 모두 축전판의 중심으로부터 멀어질수록 전압이 높아지는 것을 확인할 수 있다. 그리고 마지막으로 바깥쪽에서 측정한 전압이 안쪽에 비해 낮다는 것을 확인할 수 있다.음극판증명판의접촉위치(r)00.25R0.5R0.75R0.9R1.0R안쪽(수평방향)-4.5V-5V-5V-4.8V-4.5V-4.5V안쪽(연직방향)-5V-4.5V-4.8V-4.5V-4.5V-4V바깥쪽(연직방향)------1.2V-0.8V-1.0V-1.0V-0.6V=>그래프3을 통해서 접촉위치에 따른 전압의 변화를 살펴보면, 그래프2와는 다르게 일단 음극을 띄는 것을 확인해 볼 수 있다. 그리고, 그래프2에서는 축전판의 중심에서 멀어질수록 전압이 높아짐을 확인 해 볼 수 있었는데, 그래프3에서는 그러한 선형적 변화를 관찰하기 어렵다. 대신 원의중심과 원의 가장자리의 중간지점인 0.5R 지점에서 안쪽에 대해서는 가장 낮은 전압이 관찰 됨을 확인 할 수 있다. 그리고 바깥쪽의 전압에 대해서는 축전판의 중심에서 멀어질수록 전압이 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다.Q3) 극판 내부에서 전하 밀도는 위치에 따라 어떻게 변하는가? 극판 사이의 전기장에 대해 어떤 해석을 할 수 있는가? 극판 바깥의 전하밀도에 대해서는 어떻게 해석 하여야 하는가?Ans)극판 내부의 전하 밀도를 와 을 통해 확인해 보면, 에서는 즉 양극판은 가장자리로 갈수록 전압이 높아졌다. 이론적으로는 무한평판의 경우 위치에 상관없이 전위는 일정해야 한다. 하지만 실험에서 위치에 따른 전압에 변화가 생기는 원인은 평판이 무한평판이 아닌 유한한 크기의 평판이었고 그 결과 과 같이 평판의 안쪽과 바깥쪽 양쪽에서 자장이 나가고 들어오는데, 평판이 유한하기 때문에 평판의 바깥쪽에서 나간 자장이 반대편 평판의 바깥쪽과 궤선으로 연결이 되었다. 이궤선들은 균일한 자장에 힘을 더하거나 빼는 효과를 불러 일으킨다. 이 결과 양극판의 경우에는 가장자리로 갈수록 전압이 높아지는 형태로 결과가 나타났고. 음극판의 결과 축전판의 중심에서 멀어질수록 전압이 감소하다가 어느정도 위치 이후에는 다시 전압이 상승하는 효과를 불러일으켰다. 만약 평판이 무한평판이었다면, 가장자리효과는 무시할 수 있었고, 그에 따라 전하의 밀도는 위치에 무관하게 균일한 형태를 띄었을 것이다. 전압의 변화에 따른 전하밀도의 변화1*************004.543.22.21.5=>위의 를 보면, 축전지에 공급되는 전압이 높아질수록 전위계에서 측정되는 전압이 높아짐을 관찰 할 수 있다. 이는 축전지 한쪽면에 공급되는 전압이 증가하면, 축전지의 양 극판간에 전위차가 더 커지게 된다. 이러한 전위차는 더욱 강력한 전장을 발생시키고, 이는 전위계를 통해서 높은 전압으로 측정된다.Q4) 축전기의 전하량 Q가 축전기판의 전위차 V에 비례한다고 할 수 있는가? 그래프를 그려 해석하여라.Ans) 위의를 해석하여 보면, 공급전압이 높아질수록 전위계에서 측정되는 전압이 높아지는 것을 관찰 할 수 있는데, 이는 축전지의 한쪽면에 공급전압이 높아질 경우 그곳 축전기의 전하량 Q가 증가하게 된다. 이는 축전기의 양극판간의 전위차를 발생시키고 이러한 전위차는 전하량에 비례한다. 위의 그래프에서보면, 완전한 선형성은 갖추지 못했지만, 어느정도 선형적인 그래프를 나타낸다. 따라서 실험에서 “전원의 전압”을 줄이는 것은 “전하량”을 줄이게 되는 것이다. 실험 측정값에서 “전위”도 “전원의 전압”이 작아짐에 따라 비례적으로 적어졌으니, 결과적으로 축전기의 전하량가 축전기판의 전위차에 비례하는 것이다. 극판 간격의 변화에 따른 전압의 변화d'(mm)V(volt)x(F)C1 = ε0 A/dy = 1/Vy'(계산값)y' = ax + b4300.03335300.03336300.03338320.031３10320.031３15340.029420350.028６calculated=4mm|C1=d=4mm|y'=기울기 a = 89904368 절 편 b = 0.028076전하량 Q = 1/89904368 =누설용량 CS =Q5. 실험 4의 데이터 분석으로부터 평행판 축전기의 전기용량의 식는 측정한의 범위에서 얼마나 잘 적용되는가?Ans) 결과 항목의 실험4의 그래프를 보면 그래프가 전체적으로는 직선의 경향을 띄고 있지만 구부러진 곳도 있다. 그래프가 얼마나 직선에 가까운가는 전기용량의 식이 얼마나 잘 성립하는 증거가 된다. 거리가 증가함에 따라 전기용량이 증가함을 실험을 통해 확인할 수 있었다. 따라서 전기용량의 식이 어느 정도 잘 적용되었다고 생각할 수 있다.이번 실험은 축전기의 전하, 전압 그리고 전기용량간의 관계를 관찰하고, 더 나아가 평행판 축전기 내부에 균일한 전기장이 형성되는지 확인해 보는것이었다.실험1은 전하량의 변화에 따른 전압의 변화를 관찰하는 것으로써, 대전된 구에서 증명판을 이용하여 축전기에 전하를 공급하는것이었다. 즉 1회씩 증명판과 축전기가 접촉할때마다 축전기의 전하량은 증가하였고, 축전기는 증가하는 전하량 만큼 전압의 증가를 전위계를 통해서 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 앞서 확인한 그래프를 통해 확인 할 수 있었으며, 결과의 원인은 평행판 중에 한쪽의 평행판에만 전하가 공급이 되고 이로 인하여 두 평행판간에 전기적평형상태가 사라지고 전하의 비대칭상태가 된다. 전하의 비대칭은 두 평행판 사이에 전위차를 형성하고 이 전위차를 통해 전기장이 형성되었다. 따라서 실험을 통해 V=Q/C식이 성립함을 알 수 있었다.

공학/기술| 2012.08.23| 6페이지| 2,000원| 조회(321)

축전기, 전기, 전기용량, 축전기와 전기용량, 물리학실험2, 물실2, 전하량

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실험1-결과) Faraday의 얼음통 평가A+최고예요

결과보고서01-Faraday의 얼음통 실험 목요일6,7반 전자공학부 200ㅇㅇㅇㅇ ㅇㅇㅇFaraday의 얼음통 실험[1]측정값실험 1횟수Ice pail에 접촉안함Ice Pail에 접촉함Ice Pail접지후 막대를 접촉함넣었을 때꺼냈을 때넣었을 때꺼냈을 때백색1+10-2.0+4.0+3.0+5.02+5.0-1.0+4.0+4.0+4.03+8.0-0.5+3.0+2.5+1.0청색1-8.0+1.0-4.0-3.0-4.52-3.5+1.0-5.0-2.0-1.03-4.0+1.0-3.0-2.0-3.0실험 2증명판 + 푸른색푸른색 -5.0 증명판 +7.0증명판 + 흰색흰색 -4.0 증명판 +4.0정전기 서열 증명판 〉 백색 〉 청색흰색 + 푸른색 (얼음통 안)마찰 후1개 (파란색) 제거모두 제거0분1분2분+1.00-4.0-2.00실험 3(1)표면전하밀도 측정두 구 사이의 거리구 B좌우전후상하10㎝(접지 후)-0.2+0.2-0.8+0.20.00.02㎝-0.3+0.3-1.5+0.2-0.1+0.12㎝(접지 후)-0.1-0.1-2.2-0.1-0.1+0.1구 A (1000 )10㎝(접지 후)-0.1-0.1-1.1+0.1-0.1-0.1[2]결과→ 실험1에서는 두 개의 마찰판을 서로 문지르면 마찰에 의해 마찰전기가 발생였다. 두 마찰판은 서로 다른 전하를 띤 양 과 음으로 대전되었다. 대전된 극성은 서로 다르지만 유도된 정전기의 양은 서로 비슷하였다. 그리고 마찰전기는 접촉에 의해 다른 곳으로 이동할 수 있었다.실험2에서는 증명판과 청색 마찰판을 마찰시킨 후 전하량을 측정하고 흰색 마찰판과 증명판을 마찰시킨 후 전하량을 측정하고 마찬가지로 횐색 마찰판과 청생 마찰판을 마찰시킨 후 전하량을 측정한다.이렇게 측정된 값들을 부등호를 이용해 크기별로 정전기 서열을 나타내면 된다. .실험3에서는 두 개의 도체 구를 이용해서 정전기 유도 현상을 이해할 수 있는데 (+)으로 대전된 구(A)와 구(B)의 가까운 쪽은 (-)전하가 유도되고 반대쪽에는 (+)전하가 유도되며, 이는 같은 전사 사이에는 척력이 작용하고 다른 전하 사이에는 인력이 적용하기 때문이다. 그리고 접지를 통해서 구(B)를 유도에 의해 (-)으로 대전시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.[3]토의1)질문에 대한 검토1. 마찰판의 전하량과 Ice Pail의 내부 금속통에 유도된 전하량에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있는가?Ans) 마찰판을 금속통 내부에 넣게 되면 마찰판의 전하량과는 크기가 같고 방향이 반대인 전하가 금속통 내부에 유도된다. 따라서 마찰횟수의 조절로 마찰판의 전하를 조절해서 금속통의 전하량도 다르게 측정됨을 확인할 수 있다. 마찰판을 접촉시키지 않았을 때와 접촉 시켰을 때 모두 얼음통 내부와 외부사이에 전위차가 존재한다. 그리고 마찰판을 금속통 내부와 접촉시킬 때 마찰판의 정전기가 도체 통으로 이동하게 되고 마찰판을 꺼냈을 때에 접촉시키지 않았을 때와 전위차가 같아야 하는 것이다. 실험결과에서 보는 것과 같이 Ice Pail 접지 후에 마찰판에 얼마나 전하가 남아있는지를 알아보는 실험에서 전하가 적게 남아 있을수록 마찰판을 접촉시키지 않았을 때와 접촉시켰다 꺼냈을 때의 전위차가 그나마 적게 나오는 경향이 보인다. 따라서 내부 금속통에 유도된 전하량과 마찰판의 전하량이 비슷한 것을 알 수 있다.2. 왜 구 B에는 접지시킨 후에도 전하가 남아 있는가? 구 왼편에 전하가 있는가 없는가? 이 현상을 어떻게 설명하겠는가?Ans) (+)단자가 연결된 구 (A)에는 1000V의 전압이 걸려 있기 때문에 두 구를 가까이 가져다 대면 도체구 B의 A쪽 방향의 면에는 (-)전하가 유도 되고 자연스럽게 반대 쪽은 (+)가 유도 된다. 이런 상태에서 손으로 구를 만져 접지를 시키면 자유전하 손을 타고 와서 구 B에 (+) 전하들은 다 중성으로 바뀌고 안에는 (-) 전하가 그대로 남아있다. 따라서 (-)전하는 그대로 남아있기 때문에 (-)로 대전된 구의 왼편의 전하는 그대로 있다.2) 실험과정 및 결과에 대한 검토이번 실험은 Faraday의 얼음통 실험으로써 도체들의 전위와 배치에 따라 어떤 전하량을 띄게 되는지와 같은 것을 알고 정전기유도현상을 이해하는 실험이다.실험 1은 유도와 접촉에 대한 전하를 측정하는 것인데 금속통에 백색 마찰판을 넣고 접촉하지 않으면 (+)전하를 띄었다가 빼면 전기장이 (-)전하를 띄게 되는데, 통에 접촉을 하면 마찰판을 빼도 (+)전하로 대전되는 것을 관찰 했다. 마찬가지로 푸른색 마찰판을 넣고 접촉하지 않으면 (-)전하를 띄었다가 마찰판을 빼면 전기장이 (+)전하가 되는데, 통에 접촉을 하면 푸른색 마찰판을 빼도(-)전하로 대전되는 것을 관찰하였다.이것은 접촉을 하지 않았을 때에는 마찰판을 빼면 결국 통은 정전기 평형 상태에 있기 때문에 전하가 다시 고루고루 분포하게 되어 도체의 내부의 전기장은 반대가 되기 때문이다.하지만 접촉을 하였을 때에는 마찰판의 정전기가 완전히 방출되었기 때문에 마찰판을 때도 안쪽 도체통과 바깥쪽 도체통의 전위차는 변하지 않기 때문에 마찰판을 뺏을 경우에도 같은 전기장을 나타내는 것이다. 하지만 실험결과에서는 비슷했지만 약간의 오차가 있었는데 이것은 마찰판의 정전기가 완전히 방출되지 않았기 때문이다. 예로 들면 마찰판의 전기전도도가 충분하지 않았을 경우도 예측할 수 있다.

공학/기술| 2012.08.23| 3페이지| 2,000원| 조회(381)

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