실험 2. 옴의 법칙 (Ohm’s law)

소개글

실험 2. 옴의 법칙 (Ohm’s law)에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

분석 프로그램 상의 변화를 관찰하고 전압과 전류 사이에 어떤 관계가 있는지 확인.
part 2
실험서의 데이터 테이블에 저항 값을 기록함.
전원 공급장치를 0V에 설정 후 수집 버튼을 눌러 자료를 수집함
전원 공급장치의 전압을 0.5V씩 증가시키며 보관버튼을 누르며 모니터 상의 전압 센서가 측정하는 전압 값을 확인.
이 과정을 5.0V가 될 때까지 계속한다.
정지 버튼을 누르고 전압을 다시 0V에 맞춘다.
그래프를 복사하고 프린트 히고 전압과 전류가 비례하는지, 선형 추세선 버튼을 눌러 데이터 테이블 안의 회귀선의 y절편과 기울기를 기록한다.
다른 저항을 이용해서 실험 과정 1~6을 반복한다.
추세선의 기울기 (V/A)
추세선의 Y절편 (V)
저항 100Ω
98.43
0.01861
저항 200Ω
197.7
0.01945
분석
저항을 통과하는 전압이 증가하면 전류는 증가한다. 전류의 변화량은 전압에 비례하고 그 데이터 값은 선형을 나타내며 원점을 지나게 된다. 다음 두 예를 통해서 y절편이 0에 얼마나 가까운지 살펴보자. 전압과 전류가 비례하는가? 만약 그렇다면 각 실행에 대한 방정식을 세워보고 전압 = 상수 X 전류 꼴로 나타남을 확인하여라. (상수는 수치 값을 사용한다.)
Answer : 밑의 실험한 그래프를 보면 방정식이 V=mI+b 로 나타남을 알 수 있고 b는 거의 0에 근사한 값이기 때문에 (0.01861, 0.01945) 사실상 V=ml 임을 알 수 있다. 방정식을 보면 전압과 전류가 비례함을 알 수 있고, m은 일정한 값을 갖는 상수이기 때문에 방정식은 전압 = 상수 X 전류 의 꼴로 나타난다.
각 저항의 저항 값과 위의 방정식에 사용된 상수를 비교해 보자.
Answer :
위 사진은 100Ω 저항의 실제 저항값을 측정해 본 것이다. 위의 방정식에서 사용된 상수 즉 기울기는 98.43으로 거의 정확한 값을 갖는다. 상대오차를 이용해서 계산해보면
위 사진은 저항 200Ω의 실제 저항값을 측정해 본 사진이다. 방정식에서 저항값은 197.7이 사용되었다 약간의 차이가 있지만 거의 근사한 값이 측정되었다. 상대오차값을 구해보면
저항 R = V/I 로 정의 된다. V는 저항의 양단에 걸리는 전압이며, I는 전류이다. R은 옴으로 측정되며(Ω), 1[Ω] = 1[V/A] 의 관계식에 있다. 각 실행에서 얻은 상수 값은 저항의 저항 값과 비슷할 것이다. 그러나 저항은 제조과정에 의해 표기값과 약간 다른 오차를 갖고 있다. 대부분의 저항은 5% 또는 10%의 오차를 갖고 있다. 사용하는 저항의 오차를 확인하고 구한 상수 값이 오차범위 안에 들어가는지 확인해 보자.
Answer : 먼저 100Ω짜리 저항을 살펴보자. 표기상으론 100Ω이지만 실제 측정해 본 결과 98.4Ω이었다. 상대오차값을 구해보면
으로 오차범위 내에 들어간다.
다음으론 200Ω짜리 저항을 살펴보자. 표기상으론 200Ω이지만, 실제 측정한 결과는 195.1Ω이다. 저항의 상대오차값을 구해보면
으로 오차범위 내에 들어감을 알 수 있다.
저항이 옴의 법칙을 만족하는가? 실험 데이터를 토대로 답해 보자. 만족하지 않는다면 그 이유를 설명해 보자.
Answer : 옴의 법칙을 만족한다. 약간의 오차가 발생하는 이유는 y절편의 값이 완전한 0이 아니고 실험상의 오차가 발생하였기 때문인 것 같다.
전구를 달았을 때 전압을 증가시키면 전류는 어떤 변화가 일어나는가? 선형적으로 증가하는가? 전압이 증가함에 따라서 측정되는 저항 값이 어떤지 설명해 보자. 저항 값은 온도에 따라 변하는가?
Answer : 전압을 증가시키면 V=IR의 공식에 의해서 R이 상수이기 때문에 I가 증가하게 되고 방정식이 선형적으로 비례하기 때문에 I가 선형적으로 증가한다.
전압이 증가할 때 I가 일정하다면 저항은 늘어난다. 그게 아니라면 저항 값은 거의 변화가 없을 것이다. 만약 전압의 증가에 의해서 온도변화까지 고려해 준다면 위의 사진과 같이 도체의 경우에는 온도가 높아질수록 비저항 값이 커져서 더 전류가 잘 흐르게 된다. 즉 저항 값이 커지게 되고
부도체나 반도체의 경우에는 반대로 비저항 값이 낮아져서 저항 값이 작아지게 된다.
실험2 예비 질문
저항의 종류를 조사하고, 저항값과 오차값을 읽는 법을 조사한다.
저항을 읽는 법은 위의 그림을 보면 쉽게 이해될 수 있다.
저항은 네 개의 줄무늬가 있는데 각 줄무늬의 색깔을 보고 저항 값을 읽는다.
저항의 종류는 되게 많은 것 같은데 조사한 바로는 다음과 같이 크게 분류할 수 있다.

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