실험보고서 - 축전기와 정전용량

본문내용

판이 있을 때 d=6mm매질
측정1
전위차
(kV)
질량(g)
C1(pF)
유리
4
-13.46
-0.000098931
6
-29.3
-9.57133E-05
8
-54.26
-9.97028E-05
아크릴
4
-4.4
-0.00003234
6
-13.92
-0.000045472
8
-19.95
-3.66581E-05
4)설명
실험에서 전자저울로 질량을 측정할 때 음의 값이 나오는데 이것은 두 극판이 다른 전하를 띄기 때문에 아래에 있는 극판을 위쪽 방향으로 잡아당기는 인력이 발생했기 때문이다. 전압을 높일수록 질량이 감소한다. 이것으로 보아서 인력과 전압은 비례한다.
극판사이의 간격이 멀어질수록 정전용량이 작아진다. 이론치와의 오차는 꽤 컸다. 그리고 판의 면적이 커질수록 정전용량도 커진다. 그리고 판 사이에 유리판이나 아크릴판을 끼우면 정전용량이 증가한다.
5)문제응답
1) 두 극판 사이에 유리판과 아크릴판 등을 각각 끼웠을 때 (하단부에 올려놓음) 정전용량의 변화는 어떠한가? 내부 전기장의 세기는? 이경우는 축전기의 어떠한 연결로 생각할 수 있는가?
두 극판 사이에 공기 이외의 밀한 정도가 다른 물질이 들어가게 되므로 정전용량이 커짐을 확인할 수 있었다. 전압이 일정하므로 증가한다. 정전용량이 증가하므로 병렬연결로 생각할 수 있다.
(2) 두 극판사이에 힘이 작용할 때 거리는 변하지 않을까? 그렇다면 그 이유는 무엇일까?
변하지 않는다. 전기력의 세기가 극판을 움직일 수 있을 만큼 충분히 크지 못하기 때문이다.
(3) 극판 상단에 고압전원의 (+)극을 연결하고, 하단 극판은 고압전원의 (-)극과 접지를 동시에 연결하여 (접지단자와 연결-지구와 연결) 전압을 가하면 어떻게될까? 이 경우도 접지가 없이 전압을 가하는 경우와 같은가?
극판이 전하로 대전되지 않는다. 접지가 없이 전압을 가하는 경우와 다르다. 하단부를 접지 한다면 전하들이 지구로 흘러들기 때문에 두 극판이 대전되지 않는다. 접지 없이 전압을 가한다면 두 극판은 대전되기 때문에 서로 다르다.
6.결과분석
측정되는 질량은 전위차에 따라 달라진다. 이론적으로 생각을 해봐도 두 극판 사이의 인력 F는 V2에 비례하는데 정전용량 C는 F에 비례하고 V2에 반비례하기 때문에 생각해보면 F와 V2 은 서로 상쇄된다는 것을 알 수 있다.
7.토의 및 건의사항
이번 실험은 오차가 꽤 많이 발생했다. 특히 극판 사이 간격이 작아질수록 스파크가 많이 발생해서 실험에 어려움이 있었다. 또 저울을 기울어지지 않게 하기 위해서 수평도 맞춰 놓았지만 어쩔 수 없이 기울어지는 것도 있었고 그리고 아무래도 사람이 직접 실험해서 저울 눈금상의 오류도 있었다. 또 계통상의 오차가 존재한다. 모든 측정기기에는 약간의 오차범위가 존재하기 때문이다.
8.참고문헌
1)http://phylab.yonsei.ac.kr/
2)Young and Freedman(2008).「University Physics 12th」. Ch.21 Electric Charge and Electric Field. ADDISONWESLEY

키워드

축전기와 정전용량,   전자저울,   원형수평계,   전위차