일반물리학실험보고서-축전기의 충전과 방전

소개글

일반물리학실험보고서-축전기의 충전과 방전에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고사이트
10. 참고 문헌 및 출처

본문내용

23
-0.13
39
8.6
0.87
2.15
-0.14
42
8.4
4.22
2.13
-0.25
42
7.7
0.78
2.04
-0.25
47
6.9
4.37
1.93
-0.46
47
6.1
0.63
1.81
-0.46
52
5.7
4.49
1.74
-0.67
52
4.9
0.51
1.59
-0.67
57
4.7
4.59
1.55
-0.89
57
3.9
0.42
1.36
-0.87
62
4
4.66
1.39
-1.08
62
3.2
0.34
1.16
-1.08
67
3.4
4.72
1.22
-1.27
67
2.6
0.27
0.96
-1.31
72
2.9
4.77
1.06
-1.47
72
2.1
0.22
0.74
-1.51
77
2.5
4.81
0.92
-1.66
77
1.7
0.18
0.53
-1.71
82
2.2
4.85
0.79
-1.90
82
1.4
0.15
0.34
-1.90
87
1.9
4.87
0.64
-2.04
87
1.1
0.12
0.10
-2.12
6.실험결과
이론과 실험 측정값을 통해 전류가 감소할수록 전압이 증가함을 알 수 있다. 시간에 따른 전류와 전압의 그래프를 그려보자.
실험1)
실험2)
실험3)
시정수 : 시간- 그래프의 (-기울기)의 역수 = 10
시정수 : 시간-그래프의 (-기울기)의 역수 = 8.3
실험4)
축전기에 전하가 충전되면서 도선에 흐르는 전하량이 감소하고 이로 인해 전류를 감소시킨다.
다음으로 시정수에 대하여 알아보자.
실험 1. 일 때 시정수
이론값 = =5(s)
5V의 63.2% 인 3.16V까지 충전하는 데 걸리는 시간 약 6초(상대오차:20%) 그래프 값
5V의 63.2% 인 3.16V만큼 방전하는 데 걸리는 시간 약 7초(상대오차:40%) 그래프 값
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.16=6.25
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.32=3.125
실험 2. 일 때 시정수
이론값 = =16.5(s)
5V의 63.2% 인 3.16V까지 충전하는 데 걸리는 시간 약 12초(상대오차:27%) 그래프 값
5V의 63.2% 인 3.16V만큼 방전하는 데 걸리는 시간 약 11초(상대오차:33%) 그래프 값
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.07=14
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.07=14
실험 3. =10V 일 때 시정수
이론값 = =10(s)
5V의 63.2% 인 3.16V까지 충전하는 데 걸리는 시간 약 7초(상대오차:30%) 그래프 값
5V의 63.2% 인 3.16V만큼 방전하는 데 걸리는 시간 약 7초(상대오차:30%) 그래프 값
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.10=10
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.13=7.7
실험 4. =5V일 때 시정수
이론값 = =33(s)
5V의 63.2% 인 3.16V까지 충전하는 데 걸리는 시간 약 22초(상대오차:33%) 그래프 값
5V의 63.2% 인 3.16V만큼 방전하는 데 걸리는 시간 약 22초(상대오차:33%) 그래프 값
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.03=25
시정수=시간- 그래프의 (-기울기)의 역수=1/0.04=25
7. 결과에 대한 논의
그래프의 형태 : 시간에 대한 전류의 경우 충전과 방전에 상관없이 모두 감소하는 형태를 보였으며 전압의 경우 충전 때는 증가, 방전 때는 감소의 형태를 보였다. 모두 지수함수 형태의 그래프와 비슷하게 나타났음을 실험결과 그래프를 통해 알 수 있다. 사람이 직접 측정하다 보니 측정값이 정확히 측정되지 않아서 그래프가 눈대중으로는 큰 차이(전기용량, 전류, 전압을 바꿔주었을 때 증가, 감소 속도 등)를 많이 확인할 수 없었다. 그리고 시정값에서 조금 더 추가된 시간까지는 1초 간격이지만 그 후에는 크게 간격을 잡아 뒤쪽 그래프 부분이 급격하게 변하는 모습이 보여 그래프에 굴곡이 있다고 생각할 수 있지만 1초 간격들만 모아 보면 시간에 대한 의 그래프와 의 그래프의 경우 직선형태의 일차함수 그래프를 나타냄을 알 수 있다.
시정수의 경우 이론값과 실험값, 그래프 값이 모두 비슷하게 측정되었다. 시정수는 이론값, 실험으로 얻은 실험값, 그래프로 얻는 그래프 값으로 총 3번 얻었으며 비슷한 값을 나타내었다. 실험값을 바탕으로 그래프 값을 구했지만 오차가 발생하는 이유는 그래프 값의 경우 연속적인 실험값을 바탕으로 작성한 반면 실험값의 경우 63.2%가 충전되는 순간쯤을 측정하였기 때문에 완전히 일치하지 않을 가능성이 많았기 때문이다.
충전 과정에서 전기용량이 일정 할 때 저항의 크기가 작을수록 전류가 더 잘 흐르고 축전기 충전이 더 빠르게 일어남을 알 수 있었다. 방전 과정에서는 전기용량이 일정할 때 저항이 클수록 전류가 늦게 감소함과 전압이 늦게 감소함을 알 수 있었으며 만약 저항이 일정하다면 전기용량이 클수록 전류와 전압이 늦게 감소함을 알 수 있었다. 실험을 통해 전기용량과 저항이 클수록 시정수가 크며 시정수 까지는 빠르게 충전, 방전되고 그 이후에는 느린 속도로 진행됨을 예측할 수 있었다.
8. 결론
이번 실험은 5V의 일정한 전압으로 저항과 전류의 값을 바꿔가며 1s간격으로 나누어 각 시간대 별 전류, 전압값을 측정한 후 이를 이용하여 시정수를 측정해보는 실험이었다. 이론적으로 측정기구의 미묘한 내부저항으로 인해 상대오차가 발생하였지만 거의 일정한 실험 결과 값을 얻을 수 있는, 상대오차가 매우 작았으며 다른 실험에 비해 오차의 범위를 측정하기 어려운 실험이었다. 멀티미터가 소숫점 셋째짜리까지 측정되므로 오차의 범위가 이며 이 때문에 멀티미터에 0A라는 전류 값이 나타났을 것으로 추정할 수 있다. (이론으로는 축전기의 전위차가 최종적으로 전지의 전위차와 같아져 전류가 흐르지 않아야 하지만 축전기에서는 충전과 동시에 방전이 조금씩 이루어지기 때문)
9. 참고사이트
1. 일반물리학실험(청문각) 사진:구글(www.google.com)2. 일반물리학 실험실
10. 참고문헌 및 출처
1.일반 물리학 실험(제3판)
페이지/p.221~223(ch24. 축전기의 충전과 방전)
저자/대학교 물리학교편찬위원회
펴낸곳/청문각

키워드

축전기의 충전과 방전,   실험보고서,   결과보고서,   결과에 대한 논의,   실험결과,   결론,   질문 및 토의