등전위선 예비 및 결과 보고서

소개글

등전위선 예비 및 결과 보고서 에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적.
2. 실험원리.
3. 참고자료
4. 실험과정.
5. 측정값
6. 계산과정
7. 토의

본문내용

한다. 그런데, 등전위선 상의 모든 변위 dS에 대해서, "ΔV=V2-V1=0" 이 되므로, " = -|E||dS|cosθ=-|E||dS| "
위의 식이 성립해야 한다. 따라서 θ 값은 90도가 되어야 내적의 값이 단순 곱의 값이 되므로, 등전위선에 대해 수직인 방향으로 전기장이 형성되는 것이다.
<질문4> 등전위선의 간격과 |E|는 어떤 상관관계를 갖는가?
--> 등전위선이라면 "ΔV=0"이 되지만, 등전위선 사이의 간격은 "ΔV=V2-V1"=- “가 성립하게 된다. 이로부터 dS 방향의 전기장의 성분 "Es =- " 가 되고, 그 크기는
“||max" 값이 된다. 여기서, 전기장의 크기 |E|값은 전압의 변화량이 많을수록 커지게 된다. 반대로 말하면, 등전위선의 간격이 멀어져서 ΔV (∂V) 값이 커지면, 전기장의 크기|E| 값은 더 커지게 된다.
<질문5> V/cm 단위와 N/C 단위는 어떤 관계인가?
--> 1V/cm=(1x102) N/C
풀이과정>>1x = = =
= (1 x 102)[N/C]
2>> 실험과정 및 결과에 대한 검토
이번 실험을 통하여 등전위선과 전기장에서의 힘의 세기 등에 대해 알아볼 수 있었다.
실험 1)에서 전류가 통하는 탄소 종이 위에 전압을 걸어줌으로써 탄소 종이 위에 전류가 흐르게 되고, 이로 인해 전기장이 형성되었다. 그리고 탄소 종이의 양극 전압으로부터 커다란 타원 형태로 뻗어 나가는 등전위선을 관찰 할 수 있었다. 등전위선은 예상대로 원을 기준으로 위/아래가 대칭을 이루며 측정이 되었다. 그런데, 탄소 종이의 음극 전압 부분 가까이로 가자 등전압이 매우 좁은 영역에서 형성이 되어서 2V의 등전위를 측정하는데 약간 시간을 지체하기도 하였다. 어쨌든 큰 타원형의 등전위선을 얻을 수 있었으며, 그 간격이 원점을 중심으로 비교적 일정함을 확인할 수 있었다. 이 실험에서는 발생할 수 있는 오차의 원인이 대부분 전압 접촉 부분과 탄소 종이의 위치 변경 등으로부터 비롯된다. 실제 실험에서도 음극 부분이 접촉이 잘 되지 않아 최초 등전위선을 측정할 때 범위가 탄소 종이를 벗어나기도 했었다. 또한 탄소 종이를 전압원 근처로 가져가서 측정한다면, 간섭 전하로 인해 등전위선의 모양이 달리지게 되므로 주의를 하면서 실험을 진행했다.
실험 2)에서는 이미 “전기장 벡터의 최대 방향은 등전위선에 수직한다“는 사실을 알고 실험에 임했기 때문에 어느 정도 방향을 예상하고 빠른 측정을 할 수 있었다. 탄소 종이의 음극과 양극을 중심으로 가운데 부분이 가장 큰 전기장을 나타내고, 외각으로 빠질수록 크기가 작아짐을 확인할 수 있었다.
실험을 통해 등전위선과 전기장과의 관계에 대해 이론적으로만 알고 있었던 부분을 한 층 더 고찰해 볼 수 있는 계기를 마련했다는데 실험의 의의가 있다고 볼 수 있다.
8. 참고문헌
-. 제목: 물리학실험 제 7판, 출판사: 아주대학교 출판부, 저자: 아주대학교 물리학실험실, 참고페이지: 175~180
-. 제목: Physics calculus, 출판사: 청문각, 저자: Eugene Hecht, 참고페이지: 499, 502~505
-. 제목: 일반 물리학 실험, 출판사: 한국물리학회, 청문각, 2003년
-. 아주대학교 물리학 2 부교재 (수업 중 받은 유인물) 참조
일반물리학실험 II 실험결과보고서
등전위선 측정
5. 실험 결과
본 실험에서는 총 4개가지 모양의 전극을 활용하여 실험을 진행하였다. 전 실험에서 사용된 전압은 15.0V이며, 별도의 직류전원공급장치를 이용하여 항상 일정한 전압이 유지되도록 한 상태에서 실험을 진행하였다.
실험에 사용된 4가지 모양의 전극은 각각 활 모양, 직사각형 모양, 작은 원 모양, 그리고 정사각형 모양의 전극이 사용되었고, 측정기준점(0V 기준점)은 각 전극의 중심부(측정면의 가운데)를 기준으로 하였다. 각 실험마다 총 224개의 측정점을 사용하여 OriginPro 7.5를 통하여 각 데이터를 보간, 아래와 같은 그래프를 산출하였다.
실험 데이터의 처리는 그래프에서 양 측이 동일한 색상 gradation을 갖게 하기 위하여 모든 값에 절대값을 취하여 결과 분석에 활용하였다.
각 전극 모양에 대하여 위와 같은 등전위선이 생겨나게 된다. 여기서 각 등전위선은 전기장에 대해 수직인 방향으로 생성되므로 아래 그림과 같이 방사상으로 나타나게 된다.
6. 결론
본 실험을 통하여 각 전극별로 어떤 모양의 등전위선이 생성되는지를 알 수 있었다. 등전위선은 전극의 표면을 통하여 일정하게 생성되고, (각 그림에서 푸른색 부분) 방사상으로 퍼지는 형태를 가지고 있는 것을 볼 수 있다. 본 실험에서처럼 두 개의 극을 배치한 경우, 등전위선은 두 전극에 서로 맞닫지 않는 형태로 생성된다는 점 또한 손쉽게 알 수 있었다. 또한 전극이 원형을 띄지 않는 경우 각 모서리에 전기장의 왜곡이 발생함을 확인하였으며, 이는 전극의 표면에 생성된 등전위선의 모양 자체가 원형이 아니기 때문임을 알 수 있었다. 또한 일정한 공간에 떠 있는 두 개의 전하 사이에는 전기장이 형성되며, 이것은 물이라는 매질을 통해서도 생성되는 점 또한 확인하였다.
7. 토의
본 실험의 목적은 등전위선을 plotting하고, 이를 통해 전기장을 확인하는 것이었다. 이를 통해 전기력선과 등전위선의 모양을 확인하였다. 이 과정에서 x-y point에 대한 전압측정이 이루어졌는데, 이 과정에서 지나치게 낮은 data resolution과 accuracy로 인하여 실제 plotting시에 데이터 보간을 실시하여야 했던 점은 아쉽게 평가된다. 이러한 점을 보완하기 위해 잉크젯 프린터와 비슷한 구조의 x-y plotting machine을 실험을 위해 고안하여 사용하였다면 보다 정확한 실험 결과를 얻을 수 있었을 것으로 사료된다.
또한 측정시의 probe각도 등의 각종 변인에 의해 측정전압이 변동되어 이에 따른 요동이 그래프에 반영된 것을 볼 수 있다. 이러한 것을 줄이기 위해서는 한 사람이 probe를 들고 같은 자세로 최대한 빠른 시간 내에 측정을 끝내야 할 것으로 보인다.
부록 - Raw Experiment Data
활모양 전극
사각형 전극
직사각형 전극

키워드

물리 및 실험,   등전위선 ,   예비보고서,   결과보고서