Ⅰ. 교재 및 단원명 1. 교재 (1) 교과서명 : 전기·전자측정 (2) 저자 : 충주 산업대학교 산업 과학 기술 연구소 (3) 출판사 : 교육부 2. 단원명 (1) 대단원 : Ⅵ.자기측정 (2) 중단원 : 2.자화특성의 측정 (3) 소단원 : (1)자화특성 (2)자화특성의 측정 (3)히스테리시스 곡선의 측정 (4)히스테리시스 곡선의 직시 장치Ⅱ. 단원의 학습 목표 충격 검류계, 자속계, 홀 소자 및 비스무트 스파이럴을 이용하여 자속 및 자화 특성의 측정방법과 원리를 학습하도록 한다.
1. 목적현의 진동을 이해하고 이를 이용하여 전자석의 교류주파수를 측정한다.2. 이론양끝이 고정된 현에 정상파가 생겼을 때 선밀도 ρ이고 길이 ι인 현에 T가 가해지면 현에 전달되는 횡파의 속도ν는{ν= SQRT { { T} over {ρ } }이다. 고정된 현의 양끝에서 반사되는 진동수와 진폭이 같고 방향이 반대인 두 파동이 존재한다. 이 두 파는 현에 적당한 조건이 가해지면 정상파가 되어 공명을 일으킨다. 이때 정상파의 파장 λ와 현의 길이 ι사이에는{λ= { 2ι} over {n }, ㅜ=1, 2, 3, ...의 관계가 존재한다. 따라서 이 현의 진동수 f는{f= { ν} over {λ }= { n} over {2ι } SQRT { { T} over {ρ } }, n=1, 2, 3, ...으로 된다. 여기서 n은 정상파의 몸통의 수와 같으며, n=1 일 때의 진동의 현의 기본진동이며 n=2, 3, ...일 때는 2배, 3배, ... 진동이 된다. 여기서 장력 T는 추의 질량 M과 추걸이의 질량 m에 의해 다음과 같이 주어진다.{T=(m+M)g또한 선의 선밀도는 다음과 같다.{ρ=π { r}^{2 } { ρ}_{v }여기서 r은 현의 반지름이며, {{ ρ}_{v }는 선의 체적밀도이다.현의 진동을 이용하여 미지의 음파의 진동수를 알려면 이 음파와 현의 진동수와 공명이 되도록 하므로써 가능하다. 즉, 현의 길이나 장력을 변화시켜 현의 진동수가 미지의 음의 진동수와 같도록(공명조건이 되도록) 하므로써 식을 이용하여 미지의 음파의 진동수를 알 수 있다. 이때 현의 기본진동을 이용하는 것이 좋다. 이는 기본 진동이 가장 진폭이 크고 강력하기 때문이다.3. 실험장치 및 기구1 소노미터2 추걸이와 추 세트3 저울4 진동기, 슬라이닥스5 자4. 실험방법1 받침대 A, B, C를 소노미터에 장치하고 질량 M인 적당한 추를 질량 m인 추걸이에 올려 놓는다.2 교류전원을 연결한 전자석 E를 AB의 중간 위치에 놓는다. 전원의 주파수는 60㎐이지만, 전자석은 NS가 두 번 바뀌므로 진동주파수는 120㎐이다.
1. 목적비열, 칼로리, 열량, 열 에너지의 정의를 이해한다.2. 이론어떤 물체가 온도 T₁에서 T₂로 ΔT만큼 온도가 바뀌었다면 그때에 필요한 열 에너지는 다음과 같다.{Q=εm TRIANGLE T여기서 ε은 물체의 비열, m은 물체의 질량, ΔT는 온도의 변화량이다.어떤 물체의 비열을 측정할 때에는 비열을 알고 있는 물체를 이용하여 측정한다. 식으로 표현하면 다음과 같다.{{ Q}_{1 }= { ε}_{1 } { m}_{ 1} TRIANGLE { T}_{1 }{{ Q}_{2 }= { ε}_{2 } { m}_{2 } TRIANGLE { T}_{2 }두 물체가 열적 평형을 이루었다면 Q₁과 Q₂는 같다. 따라서 위의 식은 다음과 같다.{{ ε}_{1 } { m}_{1 } TRIANGLE { T}_{ 1}= { ε}_{2 } { m}_{2 } TRIANGLE { T}_{2 }여기서 두 물체의 질량 m₁과 m₂를 알고, 각각의 온도 변화량 ΔT₁과 ΔT₂를 알며 ε₁을 안다면 ε₂를 알 수 있다.3. 실험장치 및 기구1 납, 구리, 알루미늄 등의 금속추 각 1개2 증기 발생기3 스티로폼 컵4 온도계5 저울4. 실험방법1 저울을 이용하여 납, 구리, 알루미늄 추의 정확한 질량을 측정한다.2 증기 발생기에 물을 넣고 납, 구리, 알루미늄 추를 넣고 전원을 넣어서 물을 끓인다.3 물이 끓으면 5분 정도 더 두어서 끓는 물의 온도가 금속 추에 잘 전달되도록 한다.4 스티로폼 컵에 반정도 물을 받아서 물의 질량을 잰다. 이때 미리 스티로폼 컵의 질량을 재어서 정확한 물의 질량을 측정하도록 한다.5 스티로폼 컵 속의 물의 온도를 측정한다.6 끓는 물에서 건진 금속 추를 컵에 넣고 온도를 측정한다.7 올라가던 온도는 어느 일정한 온도가 되면 더 이상 올라가지 않을 것이다. 이때의 온도 를 기록한다.8 순서 4∼7까지 반복하여 실험한다.5. 참고 문헌◎ 비열1kg의 물에 1Cal의 열을 가하면, 물의 온도는 1도 올라갈 것이다. 그렇지만 같은 양의 열을 1kg의 메틸알코올에 가하면 온도 증가는 약 1.7도가 된다. 또는 1Cal의 열을 1kg의Al(알루미늄)에 가하면, 이 금속의 온도는 약 5도 정도 증가한다. 실제로 모든 물질의 주어진 열에 대한 반응은 서로 다르다. 1kg의 물질의 온도를 1도 올리는 데 필요한 열량을 그 물질의 비열(specific heat)이라고 한다. 그러므로 물의 비열은 1Cal/kg·deg이다. SI단위로는 물의 비열이 4186J/kg·deg이다. 몇 가지 고체 및 액체의 비열값이 있다. 일반적으로 물질의 비열은 온도에 따라 어느 정도 달라진다. 그러나 실온 부근에서는 물질의 비열이 거의 일정하다고 생각한다.-물리학의 이해-◎ 열량과 비열(quantity of heat and specific heat)열량을 나타내는 단위는 킬로칼로리(Kilocalorie)를 사용한다. 이것은 1kg의 물을 14.5℃에서 15.5℃까지 상승시키는 데 요하는 열량으로 정의하였다. 또한 영국식 공학 단위게에서는 BTU(British thermal unit)가 쓰이며, 이것은 물 1파운드를 63℉에서 64℉까지 온도를 상승시키는 데 요하는 열량으로 정의한다. 따라서 열의 단위들 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.1kcal=1000cal=3.968BTU물체의 질량이 정해져도 그 물체의 온도상승을 일으키는 데 필요한 열량은 사용한 물질에 따라 다르다. 물체의 온도를 1℃ 상승시키는 데 소요되는 열의 양을 열용량이라 한다. 따라서 물체에 공급해 준 열량 △Q와 온도상승 △T의 열용량 C는C=열용량={{ △Q} over {△T }가 된다.비열은 단위질량당 열용량 즉, 물질 1kg을 1℃ 만큼 상승시키는 데 소요되는 열량을 말한다. 이는 물체를 구성하는 물질의 특성이다. 열용량이 C 이고 질량이 m 인 물체의 비열 c는c={{ 열용량} over {질량 }= { △Q} over {m△T }이고 비열의 단위는 kcal/kg℃를 사용한다.지금 물체의 온도를 T₁에서 T₂까지 상승시키는 데 소요되는 열량 Q는{Q=mc INT _{ T₁}^{T₂ }dT이고 비열이 온도구간에서 일정하다고 하면,{Q=mc(T₂-T₁)가 된다. 일반적으로 일정 압력하에서 측정된 비열을 정압비열 {
1. 실험제목마찰계수의 측정2. 실험목적두 물체의 표면 사이에 작용하는 운동 마찰계수와 정지마찰계수를 측정한다.3. 이론두 물체가 접촉한 상태로 상대운동을 하면 그 운동을 방해하려는 마찰력이 작용하는데, 마 찰력 f의 방향은 운동방향의 반대이고, 그 크기는 접촉표면에 작용하는 법선력(수직항력) N에 비례한다.{f= { μ}_{k }N으로 표현되고, 이때 {{ μ}_{k }를 운동 마찰계수라고 한다.수평력 F를 가하여 물체를 움직이게 할 때 물체가 등속도 운동을 하게되며, 수평력 F와 운동마찰력 f 는 같다.즉, 두 힘의 평형상태를 이룬 경우이므로 마찰계수는{{ μ}_{k }= { F} over {N }이다. 또, 비탈면을 이용하는 경우 비탈면의 각을 θ라 하면 {F=W sinθ이고, N=Wcosθ이므로 {{ μ}_{k }=tanθ를 얻을 수 있다. 즉, 등속도로 미끌 어지는 경사각 θ를 측정하면, {{ μ}_{k }를 얻을 수 있다. 정지해 있는 물체를 움직이려면 일정한 힘 {{ F}_{0 }이상을 가해야만 가 능하다. 이 때 {{ F}_{0 }를 최대 정지마찰력이라고 하며, 그 크기는 법선력 N에 비례한다.{{ F}_{0 }= { μ}_{s }N여기서 {{ μ}_{s }를 정지 마찰계수라고 부른다. 최대 정지 마찰력을 측정하기 위해 비탈면을 사용하는데, θ를 증가시켜 물체가 움직이기 시작 할 때가 바로 중력에 의한 수평력 F와 최대 정지마찰력{{ f}_{0 }이같을 때이다. 이 때 법선력(수직항력)은 {N=Wcosθ이고, 수평력 {F=Wsinθ이므로,{F=Wsinθ= { f}_{0 }= { μ}_{s }Wcosθ이 되며, 최대 정지마찰계수는{{ μ}_{s }=tanθ가 된다. θ의 측정치로부터 정지 마찰계수를 얻을 수 있다.4. 기구 및 장치1경사면 2나무토막3고리 달린 추 4추5경사면 장치5. 실험 방법1 경사면을 수평으로 하고 나무토막을 경사면 위에 놓은 후 줄로 도르래를 거쳐 추 걸이 와 연결한다.2 추 걸이에 나무토막이 움직이지 않을 정도로 적당한 추를 올려 놓은 후 토막을 살짝 밀 어 보아 가속 또는 감속 되는지 살핀다. 등속운동이 되도록 경사각을 변화시킨다.3 무게가 다른 추를 올려 놓고 1∼2 실험을 반복한다.
1. 실험 제목회전운동에너지2. 실험목적낙하질량으로 회전판을 회전시켜 회전판의 관성 모멘트와 낙하질량에 의해 잃은 중력 퍼텐 셜에너지 그리고 회전운동에너지를 구하여 에너지 보존법칙을 알아본다.3. 이론낙하질량은 회전판에 일정한 힘 F=mg를 주어 회전판을 회전시킨다. 물체의 각속도 α는 물 체의 관성 모멘트 I와 물체에 가한 토오크 τ에 의존된다. 즉, α=τ/I 이다. 토오크는 회 전 축으로부터 힘을 가한 점까지 수직거리에 가한 힘을 곱한 것과 같다. τ=Fd┴ 이 경우가한 힘은 장력 T이다. 장력 T는 낙하질량의 무게 mg보다 작아야만 한다. 왜냐하면 m은 아 래쪽으로 가속되기 위하여 알짜 하향력을 가져야만 하기 때문이다. 회전판을 가속하는 힘 은 F가 아닌 T이다.{mg-T=ma=mrα여기서 a는 선 가속도로 a=rα이다. 한편, 토오크 τ는{τ=Tr=Iα이다. 두 방정식을 이용하여 각 가속도 α를 계산하면{T=mg-mrα{τ=mgr-m {r }^{2 }=Iα{mgr=Iα+m {r }^{2 }α{α=(mgr)/(I+m {r }^{2 })그러므로 관성 모멘트 I는{I=(mgr-m {r }^{2 }α)/α이다.한편 회전판에 일정한 토오크를 주는 질량이 낙하할 때 그 질량은 중력 퍼텐셜 이네지 mgh 를 잃는다. 이 잃어버린 에너지는 화전 운동에너지 {{ 1} over {2 }I {W }^{2 }형태로 회전판이 일부 얻게 되 고 나머지는 낙하질량이 운동에너지 {{ 1} over {2 }m {v }^{ 2}형태로 얻게 된다. 낙하질량에 의해 잃은 에너지를 측정하고 회전판이 얻은 회전 운동에너지와 낙하질량이 얻은 운동에너지를 계산하여 에너지가 보존됨을 알 수 있다.4. 기구 및 장치1 회전원판장치 2 고정막대가 달린 도르래3 Smart도르래 4 클램프5 줄자 6 줄7 컴퓨터 8 질량걸이와 분동5. 실험방법가. 각 가속도 측정과 관성 모멘트 계산1 장치를 다 한 다음에 물기포 수준기로 수평을 맞춘다.2 컴퓨터를 켜고 Smart Pulley Timer 프로그램이 작동하도록 한다.3 다단 도르래에 1.5m 가량의 줄을 메고 세 개의 축중에 가장 작은 축에 그실을 묶고 가 장 작은 축의 반경을 r을 측정하고 기록한다.4 줄의 한쪽 끝을 낙하 질량 걸이 홈에 4∼5번 감아서 묶는다. 실 한쪽 끝에 질량 걸이를 묶고 실이 전부 풀렸을 때 마루에 닿지 않도록 회전판을 조정한다. 그리고 총 낙하질량 이 40g이 되도록 분동을 얻는다.(질량을 거는 쇠고리 질량은 5g이다) 실을 축에 감은 다음 마루에서 질량 걸이까지의 높이 {{ h}_{1 }을 측정하여 기록한다.5 회전판 가장자리에 접해 있는 Smart 도르래를 살짝 잡는다. 만약 LED가 켜지짖 않으면 켜질 때까지 살짝 회전판을 돌린다. 그리고 바로 컴퓨터 화면의 main menu 중 MOTION TIMER를 선택한다. 잡고 있던 Smart 도르래를 놓으면 질량이 밑으로 내려가고 회전판은 돌게 되며 그 때의 회전판 운동을 Smart 도르래가 감지 할 것이다. 질량걸이가 최대로 떨어 졌다가 다시 튀어 오르기 직전에 측정을 멈추기 위해 RETURN을 누른다.6 회전 시간계산이 끝난 후 자료가 제대로 측정되었는지 확인한다. 자료가 좋다고 생각하 면 RETURN을 누르고 그래프 프로그램을 작동하기 위해서는 GRAPH DATA를 선택한다.7 그래프가 완성되면 화면 위에 3셋트의 숫자가 나온다. 그래프의 기울기 M"은 회전판 각 가속도 이다.8 각 가속도, 실험에 사용한 낙하질량, 줄이 감겨진 다단 도르래의 반경을 기록한다.9 식을 이용하여 관성모멘트 그를 계산하여 기록한다.⑩ 똑같은 낙하질량으로 다단 도르래의 다음 큰 축에 걸고 5∼9 과정을 반복한다. 그리 고 가장 긴축에서도 5∼9 과정을 반복한다.⑪ 가장 작은 축을 사용하여 80,120,l60 그리고 200g을 사용하여 5∼9 과정을 반복한다.⑫ 일정한 낙하질량에 대하여 다단 도르래 반경에 대한 각 가속도 그래프를 그린다.나. 회전 에너지 계산1 가.의 1∼6까지 동일한 과정이다.2 각속도-시간 그래프를 위하여 VELOCITY VS TIME을 선택한다.3 그래프를 분석하여 중력 퍼텐셜 에너지가 최소가 되고 회전운동에너지가 최대가 되는 점에 해당하는 최대 속도점을 찾아야 한다.
![[전자정보통신] 전자 전기 측정](https://image4.happycampus.com/Production/thumbnail/2003/05/22/data1223815-0001.jpg)
[전자정보통신] 전자 전기 측정
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