[일반물리학실험] (결과) 축전기의 충전과 방전 : 축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다

소개글

[일반물리학실험] (결과) 축전기의 충전과 방전 : 축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다에 대한 보고서 자료입니다.

목차

실험목적

실험원리
　(1)축전기의 충전과정
　(2)축전기의 방전과정

실험기구 및 재료

실험방법
　-축전기의 충전과정
　-축전기의 방전과정

1. 측정값

2. 실험결과

3. 결과에 대한 논의

4. 결론

5. 참고문헌 및 출처

6. 질문 및 토의

본문내용

기조건 즉 t=0일 때 축전기의 전하량이 q=Q=V0C라는 것을 적용하면
q=V0Ce-t/RC
I=dq/dt=-V0(e-t/RC)/R
전하량과 전류는 시간에 대해 지수적으로 감소하며 t=RC일 때는 초기값에 대해 63.2%로 감소하게 된다. 전류의 (-)부호는 충전되는 경우와 반대로 전류가 흐르는 것을 나타낸다.
실험기구 및 재료
-축전기, 저항, 직류 전원 공급기, 멀티미터, 초시계
실험방법
-축전기의 충전과정
1. 표시된 축전기의 용량과 저항의 저항값을 기록하고 축전기, 저항, 기전력장치로 직류회로를 구성한다.
2. 전원 공급기의 전원을 켜고 스위치를 닫는다. 일정한 시간 간격으로 축전기 양단의 전압 Vc와 회로에 흐르는 전류 I를 기록한다.
3. 시간 간격을 달리 하여 축전기 양단의 전압과 회로에 흐르는 전류를 측정하여 기록한다.
4. 축전기를 바꾸어 위 실험을 반복한다.
5. 시간 대 전압, 시간 대 전류 그래프를 그린다.
-축전기의 방전과정
1. 실험 1과 같이 축전기를 충전시킨 후 스위치를 열고 실험1과같이 직렬회로를 구성한다.
2. 스위치를 닫고 일정한 시간 간격으로 축전기 양단의 전압과 회로에 흐르는 전류를 측정하여 기록한다.
3. 시간 간격을 달리 하여 전압 Vc와 회로에 흐르는 전류 I를 측정하여 기록한다.
4. 축전기를 바꾸어 위 실험을 반복한다.
5. 시간대 전압, 시간대 전류 그래프를 그린다.
1. 측정값
실험1. 축전기의 충전과정
C=100μF R=100K V0=5V C=100μF R=50K V0=5V
Δt= 10s
t
I
Vc
10s
0.013A
3.36V
20s
0.005A
4.44V
30s
0.002A
4.80V
40s
0.001A
4.92V
50s
0.000A
4.97V
60s
0.000A
4.98V
70s
0.000A
4.99V
Δt= 5s
t
I
Vc
5s
0.023A
3.60V
10s
0.008A
4.64V
15s
0.003A
4.90V
20s
0.001A
4.97V
25s
0.001A
5.00V
C=330μF R=50K V0=5V
Δt= 10s
t
I
Vc
10s
0.048A
2.36V
20s
0.029A
3.59V
30s
0.016A
4.21V
40s
0.009A
4.58V
50s
0.004A
4.77V
60s
0.003A
4.87V
70s
0.001A
4.93V
80s
0.001A
4.96V
90s
0.001A
4.98V
100s
0.001A
4.98V
110s
0.001A
4.99V
실험2. 축전기의 방전과정
Δt= 10s
t
I
Vc
10s
0.014A
1.58V
20s
0.004A
0.53V
30s
0.001A
0.18V
40s
0.000A
0.06V
50s
0.000A
0.02V
60s
0.000A
0.01V
70s
0.000A
0.00V
Δt= 5s
t
I
Vc
5s
0.023A
1.29V
10s
0.006A
0.38V
15s
0.001A
0.12V
20s
0.000A
0.04V
25s
0.000A
0.01V
30s
0.000A
0.00V
C=100μF R=100K V0=5V C=100μF R=50K V0=5V
C=330μF R=50K V0=5V
Δt= 10s
t
I
Vc
10s
0.050A
2.70V
20s
0.028A
1.48V
30s
0.014A
0.78V
40s
0.007A
0.42V
50s
0.004A
0.23V
60s
0.002A
0.12V
70s
0.001A
0.07V
80s
0.001A
0.03V
90s
0.000A
0.02V
100s
0.000A
0.01V
110s
0.000A
0.01V
2. 실험결과
C=100μF, R=100K, V0=5V. 충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간(x축)-전압(y축)그래프
(x축 단위:s, y축 단위:V)
충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간(x축)-전류(y축) 그래프
(x축 단위:s, y축 단위:A)
C=100μF, R=50K, V0=5V. 충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간(x축)-전압(y축) 그래프
(x축 단위:s, y축 단위:V)
충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간-전류 그래프
(x축 단위:s, y축 단위:A)
C=330μF, R=50K, V0=5V. 충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간(x축)-전압(y축) 그래프
(x축 단위:s, y축 단위:V)
충전(왼쪽)과 방전(오른쪽) 시간(x축)-전류(y축) 그래프
(x축 단위:s, y축 단위:A)
3. 결과에 대한 논의
-인덕터를 제대로 꽂지 않으면 -값이 측정된다. 하지만 그 값은 바로 꽂은 것과 값은 같다. 단지 부호만 -부호가 된다.
충전과 방전 실험 때 우리 조의 경우 5V로 측정하였는데, 정확한 값을 얻기 위해서는 충전때 5V, 방전때 0V를 얻어야하나 시간이 지나도 5V이거나 0.00V의 값을 얻기는 힘들었다.
내 생각에는 인덕터에 전하가 남아 있어서 0.00V가 되기는 힘들다고 생각한다.
4. 결론
-표와 그래프를 보면 알 수 있듯이 저항값이 작을수록 충전과 방전이 빨리 이루어 지는 것을 알 수 있다.
그리고 충전과 방전 초기에 많은 양이 충전되거나 방전이 되고 서서히 그래프의 기울기가 완만해 지는 것을 알 수 있다.
측정값을 보면 같은 용량의 축전기가 충전과 방전되는데 걸리는 시간이 거의 비슷하다는 것을 알 수 있다.
오차가 생긴 가장 큰 이유로는 사람이 직접 측정했다는 것인데, 초시계를 보고 초를 맞추면서 그 때 늘어나거나 줄어드는 전압을 눈으로 관찰하고 적었기 때문에 많은 오차가 났다고 생각을 한다.
5. 참고문헌 및 출처
-일반물리학, Raymond A, serway. 일반물리학 교재편찬위원회.북스힐
6. 질문 및 토의
(1)축전기의 용량에 따라 충전과 방전 과정이 어떻게 달라지는지 설명하시오.
-축전기의 용량이 클수록 충전과 방전되는데 걸리는 시간이 더 길어진다.
(2)그래프에 이론식을 그리고 비교하시오.
-그래프와 (1-e-RC)를 그리고 비슷하게 나온다.
(3)시정수를 계산하고 그래프에 표시한 후 측정값과 비교하시오.
-시정수 t=RC 여기서 R은 저항값. C는 인덕터 값을 대입하면 된다.
예를들면, 첫 번째 C=100μF, R=100K, V0=5V. 이 경우는 t=100μFx100K=10-2KF이다.

키워드

축전기,   충전,   방전,   일반물리학실험,   일물실,   일반물리학,   일반물리학실험결과보고서,   결과보고서