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[일반물리학실험]27장 콘덴서의 충전과 방전 A+ 보고서

27. 콘덴서의 충전과 방전학과 :학번 :이름 :실험일시 :공동실험자 :담당조교 :측정값a. 콘덴서의 충전 과정= 2sectIVc20.2323.3340.1676.1260.1278.1780.1069.72100.08811.41120.06512.31140.05412.71160.04013.16180.03113.43200.02513.78220.01914.04= 2sectIVc20.1044.9640.0597.3960.0358.3280.0229.12100.0159.19120.0109.47140.0079.69160.0059.79180.0049.86200.0039.89220.0039.91b. 콘덴서의 방전 과정= 2sectIVc20.0945.0240.0422.1860.0281.3280.0160.93100.0110.67120.0060.45140.0040.35160.0030.27180.0020.19200.0020.14220.0010.09= 2sectIVc20.23211.8440.1719.8560.1366.5580.1055.09100.0824.21120.0653.04140.0522.44160.0421.92180.0341.63200.0281.21220.0230.98실험 결과a. 콘덴서의 충전과정앞서 설명한 바와 같이 전압과 전류를,로 나타낼 수 있다. 그래프를 보면값에 따라 변화폭에 차이가 있음을 알 수 있다. 전압의 경우값이 클수록 최대값에서 63.2% 가 되는 시간이 오래 걸렸으며, 전류의 경우 역시 36.8% 로 줄어드는데 걸리는 시간이 더 오래 걸렸다.시간이 지남에 따라 콘덴서에 걸리는 전압이 증가하며 전류가 감소하는 이유는, 콘덴서 양단에 걸린 전압으로 인해 콘덴서에 전하가 증가하게 되고, 상대적으로 저항에 걸리는 전압이 감소하기 때문이다. 그래서 저항에 걸린 전압이 줄어들게 되므로는 점점 작아져 0 에 가까워지고, KVL 에 의해 콘덴서에 걸리는 전압은 증가하여에 가까워진다. 이때,는 저항에 영향을 받고, 시정수 t는에 영향을 받는다. 따라서 전류를 일정하게 유지시킨 채 시간당 변화량을 조절하려면, 콘덴서의 용량을 조절하여야 한다.b. 콘덴서의 방전과정그래프에 나타나듯이, 방전과정에서는 전류와 전압 모두 지속적으로 감소하여 0에 가까워진다. 이 둘을 식으로 표현하면,,와 같다. 이때, 전류는 -값을 가지며 이는 충전할 때의 전류와 반대방향임을 뜻한다.질문 및 토의1. 콘덴서의 용량에 따라 충전과 방정과정이 어떻게 달라지는지 설명하시오.-> 1. 충전과정의 전류 그래프를 먼저 살펴보면 콘덴서의 용량이 클수록 처음 발생하는 전류가 크고, 단위시간당 감소하는 전류의 양 또한 큰 것으로 그래프가 나왔다.2. 충전과정의 전압 그래프는 콘덴서의 용량이 클수록 전압이 천천히 충전되는 것으로 나왔다.3. 방전과정의 전류 그래프는 충전과정의 전류 그래프와 마찬가지로 콘덴서의 용량이 클수록 처음 발생하는 전류가 크고, 단위시간당 감소하는 전류의 양 또한 큰 것으로 그래프가 나왔다.4. 방전과정의 전압 그래프는 콘덴서의 용량이 클수록 전압이 천천히 충전되는 것으로 나왔다.∴ 이것을 정리하면 콘덴서의 용량이 크면 충전과 방전에서 일어나는 전류의 값이 크고, 전압의 충전과 방전의 속도가 느려진다.2. 그래프에 이론식을 그리고 비교하시오.-> 첫 번째 충전 실험만 비교하겠다. 첫 번째 실험에서의 이론식은,이다. 이 이론식을 측정값과 함께 그래프에 표현하면 다음과 같다.왼쪽이 전압을 비교한 그래프이고, 오른쪽이 전류를 비교한 그래프이다. 보이는 바와 같이 측정값과 이론값은 매우 유사하며 같은 그래프 형을 나타낸다. ( 뒷 페이지의 그래프 )3. 시정수(time constant)를 계산하고 그래프에 표시한 후 측정값과 비교하시오.-> 시정수란 최대값의 63.2%까지 충전되는데 걸리는 시간 (t = RC) 이다.(1)(2)비교는 예를 들어 비교하겠다. 시정수는이므로 예를 들어,에 의한 이론적인 시정수는 100초가 된다. 즉 100초에서 최대전압의 63.2%, 최대전류의 36.8%가 되는 것이다.세로선은 시정수일 때의 시간을 나타내며, 가로선은 시정수 일 때의 이론적인 전류, 전압값을 나타낸다. 실험이 정확하게 진행 되었다면, 두 선분의 교점을 측정값이 지나야 한다. 그래프에 나타난 것과 같이, 전압의 경우 약간의 오차가 발생하였지만, 전류의 경우 교점을 정확히 지남으로써 정확한 측정이 되었음을 알 수 있다.4. 전압을 측정하기 위해 행한 일련의 실험과정을 기술하고 타당성을 설명하시오.전압을 측정하기 위하여 콘덴서 양단에 콘덴서와 병렬로 멀티미터를 연결하였다. 이것은 병렬 연결된 요소에는 같은 전압이 걸린다는 점을 이용한 것이다. 물론 이때, 회로에 최대한 영향을 주기 위해 멀티미터의 저항은 수로 큰 값을 가질 것이다. Current Division 에 의하여 멀티미터에 흐르는 전류는 무시할 만큼 작아지게 되어 오차범위 내에서 회로에 영향을 주지 않는다.결론 및 검토이번 실험은 물리 수업시간이나 전기 회로시간에서 배웠던 콘덴서를 통해 충전과 방전을 하는 실험이었다. 이번 실험을 통하여 알아보고자 한 것은, 만약 저항과 콘덴서의 전기용량을 모를 때, RC 회로의 전압과 전류의 변화를 통하여 시정수 RC 값을 구하는 방법을 알고, 또한 회로에 콘덴서의 역할을 이해하는 것이었다. 측정결과 충전과정에서,임을 알 수 있었고, 방전과정에서는 충전과정과는 반대로,임을 알 수 있었다. 그렇다면 회로구성에 있어서 콘덴서의 역할은 무엇일까? 먼저 직류회로에 있어 콘덴서의 충전과 방전의 역할을 한다. 또한, 전압을 연결 하였을 때, 갑작스런 전압의 급상승을 막고, 전압을 분리 하였을 시에도 갑작스런 전압의 하강을 막는다. 교류에 있어서의 콘덴서는 두 가지로 분류된다. 먼저 교류를 직류로 만드는 과정에서 콘덴서의 충전, 방전을 통해 맥류를 어느 정도 제거하고 평편한 직류로 만들어 준다. 또한 콘덴서의 주파수를 걸러주는 기능을 통해 (콘덴서의 용량에 따라 저주파에서는 전류가 흐르지 않고, 고주파에서는 전류가 흐른다.) 스피커의 고음, 저음 분리라 던지 라디오 주파수의 조절, 또는 각종 기기의 튜너조절 등에 사용된다. 이러한 경우에 사용되는 콘덴서는 가변용량 콘덴서로써 축전기 내부에 끼워진 유전체(절연체)의 면적을 조절함으로써 콘덴서의 용량을 조절할 수 있게 한 장치이다.이번 실험과정에서 힘들었던 점은 역시 시간에 맞춰 멀티미터에 나타난 측정값을 기록하는 것이었다. 급변하는 전압을 기록하기 위해 정말 쉴 틈 없이 노트와 멀티미터사이를 번갈아 봐야 했으며 자칫하면 숫자하나를 빼먹어 나중에 계산하니 시간과 측정값 개수가 맞지 않으면 다시 처음부터 측정을 하기도 하였다.

자연과학| 2006.12.14| 6페이지| 1,500원| 조회(1,329)

물리학실험, 콘덴서, 일반물리학실험, 충전, 27장

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