[물리실험보고서]전기저항(옴의법칙)

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목차

1. 이론
2. 실험
3. 토의 및 분석
4. 실험 후기

본문내용

* 주의사항 :
전류계를 병렬로 연결하면 과전류가 흘러 전류계의 휴즈가 끊어지므로 주의할 것!!!
실험이 끝난 후, 실험 결과를 그래프 프로그램을 이용하여 V-I 또는 I-V 그래프로 그려서 전압의 증가에 따른 저항의 변화를 살펴본다.
* 저항값 읽기( 실험책에 있는 띠색과 숫자와의 관계를 참고로 한다. )
저항의 띠색이 갈색, 갈색, 빨간색, 금색인 경우
첫째와 둘째 색은 그냥 읽는다. --> 갈색, 갈색 == 11
세 번째 색은 10의 개수이다. --> 빨간색 == 100
네 번째 색은 오차 범위이다. --> 금색 == ±5%
따라서 띠색으로 알 수 있는 저항의 값은 11*100 = 1.1kΩ(오차±5%)이 된다.
저항종류
띠색(color)
저항값
오차%
측정값
(kΩ)
A
B
C
D
1
오렌지
오렌지
빨 강
은 색
3300
±10%
3.469
2
갈 색
검 정
빨 강
은 색
1000
±10%
1.165
3
갈 색
검정색
노란색
은 색
100000
±10%
101.9
4
갈 색
검정색
갈 색
은 색
100
±10%
0.098
5
빨 강
빨강색
노랑색
은 색
220000
±10%
2224.8
* 저항의 전압과 전류측정 : 전압을 일정하게 증가시키면서 전류를 측정한다.
저항 ( 100 )
순방향
역방향
(mA)
(mA)
1
0
0
0
0
0
0
2
0.1
0.098
1.0204
0.1
0.100
1
3
0.2
0.198
1.0101
0.2
0.198
1.0101
4
0.3
0.297
1.0101
0.3
0.301
0.9967
5
0.4
0.397
1.0076
0.4
0.400
1
평균
0.8096
평균
0.8014
* 전구의 전압과 전류측정 : 지정된 전압에서 전류를 측정한다.( 정확한 전압을 맞추기 어려우면 비슷한 전압을 맞추고(예, 0.050 --> 0.048, 0.051 등등) 그 전압을 표에 대신 적어 놓으면 된다. )
전 구
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
순
방
향
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
(A)
0.0439
0.0824
0.1123
0.1337
0.1491
0.1593
0.1744
0.1827
0.1888
0.1939
1.1390
1.2136
1.3357
1.4959
1.6767
1.8832
2.2936
2.7367
3.1780
3.6101
역
방
향
0.050
0.100
0.150
0.200
0.250
0.300
0.400
0.500
0.600
0.700
(A)
0.0444
0.0831
0.1137
0.1324
0.1483
0.1587
0.1755
0.1823
0.1891
0.1929
1.1261
1.2034
1.3193
1.5106
1.6858
1.8904
2.2792
2.7427
3.1729
3.6288
* 다이오드의 전압과 전류측정 :
순방향 : 지정된 전류에서 전압을 측정한다.( 정확한 전류를 맞추기 어려우면 비슷한 전류를 맞추고(예, 0.100 --> 0.105 0.098 등등) 그 전류를 표에 대신 적어 놓으면 된다.)
역방향 : 다이오드에 걸리는 최대 전압을 측정한다.
토의 및 분석
① 저항 대신 전구에 연결하면 옴의 법칙이 성립하는가?
=> 성립한다. 그렇지만 전구의 저항을 따로 잴 필요가 있다.
② 직렬회로에서 저항에 대해서 전압과 전류 중 어느것이 일정한가?
=> 전압이 일정하다.
③ 다이오드 실험의 전압 대 전류 그래프에서 전류가 수식 (2) 와 같이 나타남을 확인하고 다이오드에 의한 정류원리를 설명하여라.
=> p-n 접합형 다이오드의 동작원리는 다음과 같다. 전압E를 걸어줄 때, p쪽에 (+)를 n쪽에(-)전압을 걸어주는 경우를 순 바이어스 전압을 건다고 하고, 이 때 p층 내부영역의 hole은 n쪽으로, n층 내부의 전자는 p쪽으로 이동하고 외부 회로에는 순방향 전류 IA 가 흐른다.
이 전류는 거의
IA = IS·eqV
로 표시된다. 여기서 IS 는 포화 전류로서, 다이오드의 개별적 물성에 관한 항이며, 역방향 연결시의 포화누설전류이기도 하다. 또, q는 전자 혹은 hole의 전하량이고, V는 부가전압이다. 역방향으로 전압 V(역 바이어스 전압)를 걸어 줄 때는 p층 내의 hole 및 n층의 전자는 각각의 전극쪽으로 끌려간다.
이 결과 hole과 전자가 이동해 가버린 후의 빈 영역을 결핍층(depletion layer)이라 부른다. 이 층에는 전기전도에 기여할 수 있는 자유전하가 없고 마치 절연체와 같이 된다. 역방향 전류는
IA ≒ IS
로 표시된다.
한편, 순방향과 역방향을 고려하지 않고 일반적인 다이오드의 정류특성은
IA = IS(eqV/kT - 1)
로 표시된다.
3. 실험후기
이번 실험은 처음에 언뜻 보기에는 쉬워 보였습니다. 그렇지만 정작 실험에 들어가니 설치부터가 쉽지가 않았습니다. 전압계와 전류계를 회로판에 올바르게 연결하는 것도 굉장히 어려웠고, 역방향으로 교체를 해주는것도 어려웠습니다. 그렇지만 일단 설치가 끝나고 전류와 전압의 측정에 들어가자 금방 끝났습니다.
중학교 때부터 배워온 옴의 법칙 실험이 이렇게 까다로울 거라고는 생각도 못했습니다. 단순히 V=IR을 외워 숫자 대입해서 값을 구하는 것과는 달랐습니다.
이 실험에서 띠색으로 저항값 읽는 법을 처음으로 알게 되었습니다. 그리고 일정한 전압에서 전류측정시에 순방향과 역방향의 전류의 세기가 거의 비슷하다는 것도 알게 되었습니다. 또한 전구의 전압과 전류측정 실험에서는 전구는 단순히 불만 밝히는 것이 아니라 저항의 역할을 하고 있다는 것을 알게 되었습니다.
다이오드의 특성 실험은 회로판에 연결을 하는 과정에서 설치가 제대로 되지 않아 하지 못했습니다. 실험 대체로 이론을 찾는 과정에서 다이오드에 대한 내용이 굉장히 많다는 것을 알게 되었습니다. 예전에는 다이오드라고 하면 ‘ 순방향이면 전류가 흐르고 역방향이면 전압을 크게 주어도 전류는 흐리지 않는다. ’ 라는 단순한 내용정도만 알고 있었는데, 이 실험을 통해서 순방향과 역방향에 관계없는 다이오드의 정류특성 공식도 알게 되었습니다.
이번은 오래간만에 곤란한 경우를 많이 겪게 된 실험이었습니다.

키워드

전기,   저항,   다이오드,   옴,   옴의 법칙,   저항값,   물리,   실험