[물리학 실험] 3-9 RLC회로의 임피던스

목차

3-9 RLC회로의 임피던스


1. 목 적

2. 이 론
A. 교류(AC)
B. RLC임피던스
C. RLC회로 보충 설명

3. 실험 방법
A. RL 회로
B. RC 회로
C. RLC 회로

4. 실험 결과
A. RL 회로
B. RC 회로
C. RLC 회로
D. RLC 회로(다른주파수)

5. 분석 및 토의

6. 고 찰

본문내용

오차
0.50mA
0.55
0.30
0.57
1116
604
1146
1269
0.496
0.581
18.76
1.00mA
1.17
0.61
1.22
1240
614
1294
1384
0.460
1.50mA
1.71
0.87
1.76
1064
526
1080
1187
0.459
2.00mA
2.21
1.13
2.27
1000
512
1020
1123
0.473
① 실험 결과 그래프
1) 그래프
2) 그래프
3) 그래프
② 이론값
1) R=986Ω
=> 기울기(평균) = 1105Ω
=> 오차 =
2) L=10.29mH
=> 기울기(평균) = 564
=> 이론값 =
=> 오차 =
3) Z
=> Z 기울기(평균) = 1135
=> Z 실험치 계산값(평균) = 1241
=> Z 이론값 =
4) 위상각
=> 위상각 실험치 계산값(평균) = 0.472
=> 위상각 이론값 =
=> 위상각 오차 =
B. RC 회로
전류(I)
(V)
(V)
(V)
(Ω)
위상각
실험값
이론값
오차
0.50mA
0.55
0.6㎷
0.554
1100
1200
1108
1100
0.0011
0.0020
45
1.00mA
1.19
0.6㎷
1.19
1280
1200
1272
1280
1.50mA
1.69
0.6㎷
1.69
1000
1200
1000
1020
2.00mA
2.20
0.6㎷
2.20
1020
1200
1020
1100
① 실험 결과 그래프
1) 그래프
2) 그래프
3) 그래프
② 이론값
1) R=986Ω
=> 기울기(평균) = 1100Ω
=> 오차 =
2) C=80.65㎌
=> 기울기(평균) = 1200
=> 이론값 =
=> 오차 =
3) Z
=> Z 기울기(평균) = 1100
=> Z 실험치 계산값(평균) = 1231
=> Z 이론값 =
4) 위상각
=> 위상각 실험치 계산값(0.5㎃) = 0.0011
=> 위상각 이론값 =
=> 위상각 오차 =
C. RLC 회로
전류(I)
(V)
(V)
(V)
(V)
(Ω)
0.50mA
0.57
0.303
0.5㎷
0.567
1140
606
1000
1134
1.00mA
1.19
0.612
0.5㎷
1.22
1240
618
1000
1306
1.50mA
1.71
0.874
0.5㎷
1.76
1040
524
1000
1080
2.00mA
2.25
1.147
0.5㎷
2.32
1080
546
1000
1120
위상각
실험값
이론값
오차
1206
0.488
0.0020
45
1297
0.462
1143
0.465
1171
0.468
① 실험 결과 그래프
1) 그래프
2) 그래프
3) 그래프
4) 그래프
② 이론값
1) R=986Ω
=> 기울기(평균) = 1125Ω
=> 오차 =
2) L=10.29mH
=> 기울기(평균) = 573.5
=> 이론값 =
=> 오차 =
3) C=80.65㎌
=> 기울기(평균) = 1000
=> 이론값 =
=> 오차 =
4) Z
=> Z 기울기(평균) = 1160
=> Z 실험치 계산값(평균) = 1204
=> Z 이론값 =
5) 위상각
=> 위상각 실험치 계산값(0.5㎃) = -.033
=> 위상각 이론값 =
=> 위상각 오차 =
D. RLC 회로(다른주파수)
전류(I)
(V)
(V)
(V)
(V)
(Ω)
0.50mA
0.58
36.5
1.2㎷
0.58
1140
606
1000
1134
1.00mA
1.13
71.5
2.2㎷
1.14
1240
618
1000
1306
1.50mA
1.66
105.2
3.3㎷
1.68
1040
524
1000
1080
2.00mA
2.20
129.3
4.2㎷
2.22
1080
546
1000
1120
위상각
실험값
이론값
오차
1206
0.488
0.0020
45
1297
0.462
1143
0.465
1171
0.468
5. 분석 및 토의
① 같은 전류값에서 RL, RL, RLC 회로의 위상각을 비교하여라
Sol) 위상각은 같은 전류값에서 RC, RLC, RL의 순으로 작이짐을 볼 수 있었다.,
② 또 전류값이 증가함에 따라 각각의 회로에서의 위상각은 어떻게 변하는가?
Sol) 전류값이 증가함에 따라 위상각은 점점 작아짐을 볼 수 있었다.
6. 고 찰
이번 실험은 RLC 회로의 임피던스를 알아보는 실험이었다.
이번 실험을 통하여 RC, RL, RLC 회로를 꾸며 보며 이전의 옴의 법칙과 인덕터, 축전기의 원리를 보다 자세히 공부할 수 있었다. 더불어 각각의 회로에서 작용하는 인덕터와 축전기에 따른 전류와 전압의 변화를 측정하면서 키르히호프 법칙도 확인할 수 있었다.
실험 결과 위상각은 RCRCLRL 순으로 작아지며, 전류 값이 증가함에 따라 위상각은 점점 작아짐을 볼 수 있었다. 또한 실험 결과를 그래프로 나타낸 자료를 보면 전류와 저항의 전압간 기울기가 일정함을 알 수 있는데, 여기서 기울기는 전압/전류로 저항을 의미함을 알 수도 있었다. 따라서 이 기울기는 일정함도 볼 수 있었다.
하지만 실험시 이론값과 실험값과의 오차가 상당히 크게 발생함을 볼 수 있었다. 우선, 회로 및 부품 자체의 오차를 들 수 있을 것이다. 회로내의 자체의 저항과 실험에 사용한 저항의 내부저항, 그리고 축전기의 부정확성으로 오차의 폭이 상승되었다. 사실 저항은 1000Ω을 사용하였지만, 실제 저항값을 측정한 결과 986Ω의 저항인 것으로 나타났으며, 이론값의 결과를 실제 986Ω의 결과로 계산을 한 결과는 1000Ω을 사용하였을 때보다 오차가 더 크게 나오게 되었다.
그리고 축전기 사욧시 발생될 수 있는 방전과 충전사이의 오차도 들수 있다. 완전 방전과 완전 충전 상태가 아닌 상태에서 실험이 진행되었다면 이로인한 오차도 생길 수 있기 때문이다.
이러한 오차를 줄이기 위해서는 시간의 부정확성을 극복하기 위해서는 실험을 보다 여러번 실시하여 이의 평균값으로 실험값을 도출하여 보다 정확한 값을 출력하여야 할 것이며, 회로내의 저항과 실험에 사용된 저항과 축전기의 내부저항은 보다 정밀한 부품을 사용하여 그 오차를 줄일 수 있을 것이다.
결론적으로 인덕터와 축전기의 기능을 보다 자세히 공부 할 수 있었던 실험이었으며, 임피던스를 기본부터 다시 배울 수 있는 시간이었던 것으로 기억된다.

키워드

물리학 실험,   RLC회로,   임피던스,   RL 회로,   RC 회로,   교류