[물리학실험]직류회로예비,결과보고서

소개글

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목차

◇ 실험제목 : 직류회로

◇ 실험목적

◇ 실험원리
◎ 키르호프(Kirchhoff)의 법칙
제 1법칙
제 2법칙
◎ 옴(Ohm)의 법칙
◎ 저항의 연결
- 직렬연결
- 병렬연결
◎ 저항의 색 표시

◇ 실험 기구 및 재료

◇ 실험방법
◎ 직렬회로
◎ 병렬회로
<<결과보고서>>

◇ 측정값
◎ 직렬회로

◇ 실험결과
◎ 직렬회로
◎ 병렬회로

◇ 질문 및 토의

◇ 결론 및 검토

본문내용

I2(mA)
I3(mA)
0.5
1.500
0.590
0.470
0.470
1.0
2.660
1.020
0.840
0.850
1.5
4.110
1.590
1.300
1.320
2.0
5.220
2.000
1.660
1.670
2.5
6.590
2.590
2.090
2.100
3.0
7.950
3.050
2.520
2.540
3.5
9.290
3.540
2.940
2.960
4.0
10.580
4.060
3.370
3.390
4.5
11.740
4.500
3.740
3.760
5.0
13.200
5.110
4.240
4.260
◇ 실험결과
◎ 직렬회로
R1=
983.666
±
103.730
Ω
R2=
1183.380
±
124.787
Ω
R3=
1188.104
±
125.283
Ω
Rs=
3355.151
±
353.800
Ω
◎ 병렬회로
R1=
980.455
±
100.440
Ω
R2=
1184.450
±
120.778
Ω
R3=
1188.205
±
124.235
Ω
Rp=
369.575
±
39.008
Ω
◇ 질문 및 토의
(1) 전압계와 전류계의 구조와 원리를 찾아보고 전류계의 자체저항이 매우 작고, 전압계의 자체저항은 매우 커야하는 이유를 설명하시오.
- 우선 전류계는 직류용으로서 가동코일형, 교류용으로서 가동철편형 정류형의 형식을 가졌다. 가동코일형은 영구자석의 극(極) 사이에 가동코일을 놓고 가동코일에 전류를 흘릴 때에 생기는 전자기력(電磁氣力)에 의해서 지침(指針)이 흔들린다. 마이크로 암페어급의 소전류도 측정된다. 측정해야 할 전류가 클 때는 가동코일에 병렬로 저항(이것을 분류기라 한다)을 넣음으로써 수십 A, 수백 A의 대전류로 읽을 수 있다.
전압계는 전류계의 코일에 큰 저항을 직렬로 연결하여 만든 것이다. 전압계에 흐르는 전류의 세기는 전압에 비례한다. 따라서 전류의 세기와 저항의 곱으로 나타나는 전압계의 바늘이 가리키는 눈금을 읽어 직접 볼트(V) 수로 나타낸다.
- 전압계의 원리는 다음과 같다
원리 :영구자석->자기장내->가동코일위치->가동코일에 전류 흘려주면->전자력발생->가동코일 회전력 발생-> 지침움직임 ->흐르는 전류의 세기에 따라 회전각도가 달라짐
병렬회로에서 전압은 일정하고 직류회로에서 전류가 일정하다. 따라서 전압계를 연결할 때는 병렬로 연결해야 하고 전류계는 직렬로 측정해야 한다. 전압계의 내부 저항이 큰 것은 전압계를 병렬로 연결할 때 전압계에 흐르는 전류를 작게 해야지 회로에 영향을 미치지 않고 정확한 값을 측정할 수 있기 때문이다. 따라서 이상적인 전압계는 내부 저항이 무한해야 한다. 반대로 전류계는 직렬로 연결되기 때문에 전류계에서의 전압 강하량이 없어야만 측정하고자 하는 회로에 영향을 미치지 않는다. 따라서 전류계의 내부저항은 작을수록 좋고 이상적인 전류계는 내부저항이 0이 되어야 한다.
(2) 멀티미터로 저항을 측정할 때 저항체를 회로에 연결한 상태에서 저항값을 측정하면 올바른 값을 측정하지 못한다. 이유를 설명하시오.
- 저항을 측정하는 방법은 미지저항에 전류를 흘려 전압과 전류의 비로 저항을 측정하는 것이다. 따라서 회로에 연결한 채로 저항을 측정하면 전류가 회로로 흘러 들어간다. 따라서 정확한 측정이 불가능 한 것이다.
(3) 회로를 어떻게 구성했는지 간단하게 그림을 그리고 전압과 전류는 어떻게 측정했는지 설명하시오.
- 그림 1이 저항의 직렬연결이고 그림2가 저항의 병렬연결이다. 그리고 전압과 전류는 직류 전원공급기와 멀티미터를 이용해서 전체저항을 0.5V을 올리면서 그에 따른 전압과 전류를 멀티미터로 측정하면 된다. 전압을 측정할 때에는 멀티미터의 로터리 스위치를 직류전압 측정범위에 위치시킨 후에 소자와 병렬로 연결해야 된다. 전류를 측정할 때에는 측정하고자 하는 지점을 개방한 후 멀티미터의 로터리 스위치를 교류전류 측정범위에 위치시킨 다음 회로에 직렬로 연결하여 측정한다. 전류의 정확하게 측정하기 위해선 멀티미터의 단위를 mA단위로 맞혀 놓는다. 그리고 만일 멀티미터의 최대한도 보다 많은 전류가 흐르는 경우 멀티미터가 파손될 우려가 있으므로 사전에 예상 전류를 미리 예측하면서 측정한다.
(4) 저항의 직렬연결과 병렬연결에서 RS와 RP를 키르호프법칙을 써서 구하시오.
제 1법칙 : 회로망 내의 한 접점에서 모든 전류의 합은 0이다.
제 2법칙 : 회로망 내의 임의의 닫힌 경로에서 모든 전압강하의 합은 0이다.
위의 법칙은 키르호프법칙이다. 하지만 여기선 옴의 법칙으로 구하는 것이 훨씬 쉽기 때문에 옴의 법칙으로 전체 저항값을 구해본다.
먼저 저항을 직렬로 연결 했을 때는 위의 옴의 법칙을 이용해서 구한다.
즉 Rs=R1 (= 983.666±103.790 Ω) + R2 (= 1183.380±124.787 Ω)
+R3 (= 1188.104±125.283 Ω) = 3355.151±353.800 Ω
두 번째 저항을 병렬로 연결 했을땐
위의 옴의 법칙을 이용해서 구한다.
즉 = ++
Rp=369.575±39.008Ω이다.
◇ 결론 및 검토
직렬회로와 병렬 회로에 걸리는 전압과 전류 그리고 저항의 관계에 대해서 살펴보았다. 실험 과정은 처음에 조교님의 설명을 들어서 쉬운 실험 같이 느꼈지만 직접 해보니 실험 중간에 모르는 부분이 많고 실험 중 측정값이 잘 나타나지 않아 조교님의 설명과 도움이 많이 필요했던 실험이었다. 실험결과 저항을 직렬로 연결 하였을 땐 전체 전압과 각각의 걸리는 전압을 합이 거의 비슷한 수준으로 나왔으며 전체 저항은 3355.151±353.800 Ω 이었다. 그리고 병렬로 저항을 연결 하였을 땐 전체 전압은 각각에 걸리는 전압과 비슷하게 나왔으며 전체 저항은 369.575±39.008Ω이었다. 이 모든 결과는 옴의 법칙과 일치하였다. 오차의 원인을 살펴보면 역시 멀티미터 사용 시 측정값의 정확도와 그 값을 읽음에 있어서의 읽는 사람의 기준이다. 이러한 오차로 인해 많은 차이값이 발생하였고 오차를 줄이기 위해서는 멀티미터의 고성능과 사용법의 완벽한 숙지가 될 수 있을 것이다.

키워드

직류회로,   결과보고서,   예비보고서,   병렬회로,   키르호프법칙