힘과 연모

본문내용

에 비례하고 도선의 길이에 반비례하므로 전류의 세기는 도선 양단의 전위차에도 비례함을 알 수 있다. 옴은 이러한 사실을 실험적 결과로 얻었다. 금속 도체 양단의 전위차를 바꾸어가면서 전류의 세기를 조사하여 그래프로 그리면 비례한다. 종류, 굵기, 길이가 다른 금속 도체로 이러한 관계를 조사해 보면, 그래프의 기울기가 다른 것을 알 수 있다. 기울기가 작은 금속 도체일수록 같은 전위차에서 전류의 세기가 약해지고, 이것은 이 도체에서 전자의 이동, 즉 전류를 방해하는 성질이 크다고 생각할 수 있다.
이와 같이 도선 속에서 전류의 흐름을 방해하는 성질을 전기 저항이라 하고, R 로 표시한다. 또 같은 전위차에서는 R 의 값이 클수록 전류가 약해져야 하므로 로 표시할 수 있다. 이러한 관계를 옴의 법칙이라고 한다
(4) 저항의 연결
▶ 저항의 직렬 연결
(1) 각 저항에 흐르는 전류 세기 : I=I1+I2
(2) 전체 전압 : V=V1+V2
(3) 각 저항에 걸리는 전압 : 옴의 법칙에 의하면
① R1 에 걸리는 전압 : V1=I×R1
② R2 에 걸리는 전압 : V2=I×R2
따라서 V1:V2=IR1:IR2=R1:R2
(4) 전체 전압(V)
V=IR ------- ①
V=V1+V2=IR1+IR2 ------ ②
①=②이므로 IR=I(R1+R2) 양변을 I로 나누면
∴ R=R1+R2
▶ 저항의 병렬 연결
(1) 각 저항에 걸리는 전압 : V=V1+V2
(2) 전체 전류 : I=I1+I2
(3) 각 저항에 흐르는 전류 : I1=V/R1, I2=V/R2
따라서 I1:I2=V/R1:V/R2=1/R1:1/R2
(4) 전체 저항
I=V/R------①
또 전체 전류 I는 R1, R2에 흐르는 전류의 합과 같으므로
I=I1+I2=V/R1+V/R2=V(1/R1+1/R2)------②
①=② 이므로V/R=V(1/R1+1/R2) 여기서 양변을 V로 나누면 1/R=1/R1+1/R2
(5) 같은 크기의 저항을 병렬 연결할 때의 전체 저항
① 같은 크기의 저항 2개를 병렬 연결할 때
1/R=1/R1+1/R1=2/R1 ∴R=2/R1
② 같은 크기의 저항 3개를 병렬 연결할 때
1/R=1/R1+1/R1+1/R1=3/R1 ∴R=3/R1
(5) 전류에 의한 자기장
① 직선 전류에 의한 자기장
: 직선 도선에 전류가 흐르면 그 주위에는 도선을 중심으로 동심원 모양의 자
기장이 생긴다.
ⅰ) 자기장이 방향
* 오른나사 법칙(앙페르의 법칙): 직선전류에 의한 자기장의 방향은 전류의 방
향으로 오른나사를 진행시킬때의 방향과 같다.
* 오른손 법칙 : 엄지손가락 : 전류의 방향
네손가락 : 자기장의 방향
ⅱ) 자기장의 세기(자속밀도,B)
전류의 세기(I)에 비례하고 거리(r)에 반비례한다.
[T;테슬라] ( )
② 원형 전류에 의한 자기장
ⅰ) 자기장의 방향 : 원형도선을 짧은 직선 도선의 모임으로 간주하여 오른손 법
칙으로 구할 수 있다.
ⅱ) 원형전류 중심에서의 자기장 B
전류(I)에 비례하고 반지름(r)에 반비례한다.
[T]
③ 솔레노이드
긴원통에 원형의 도선을 여러번 감은 것으로 원형 전류를 여러 번 겹쳐 놓은
효과가 있다.
ⅰ) 자기장의 방향 : 원형도선의 자기장을 연속적으로 그린다.
ⅱ) 자기장의 모양
솔레노이드 내부 : 자기장의 세기는 균일하고 중심축에 평행.
솔레노이드 외부 : 막대자석이 만드는 자기장과 비슷하다.
ⅲ) 자기장의 세기(B) : 감은 횟수와 전류의 세기에 비례한다.
길이:l , 코일의 감은 횟수:N, 전류의 세기 : I 일 때
(n: 단위길이당 감은 횟수( )
④ 전자석 : 솔레노이드 내부에 철심을 넣은 것으로 철심의 자화에 의한 자기장과
솔레노이드의 자기장에 의해 더욱 강한 자기장을 얻을 수 있으며 전류를 변
화시켜 자기장의 세기를 변화시킬 수 있다.
4. 반성 및 제언
이번 실험을 하면서 용수철의 길이를 재는 데에 어려움을 겪었다. 이 실험에서는 최대한의 오차를 줄이고 정확하게 용수철의 길이를 재는 것이 관건이었는데 이 작업을 하는 것이 매우 힘들었다. 용수철을 어디에서부터 어디까지 재는지가 정확하지 않았던 것 같다. 그래서 처음에는 약간의 오차가 생긴 듯 하였으나 점점 재는 활동을 더 해 갈수록 정확한 수치를 잴 수 있었다. 점점 오차가 적어지고 결과 값도 일정해졌다. 추의 무게도 10g처럼 너무 가벼워 실험 값을 제대로 산출할 수 없었거나 30g처럼 너무 무거워서 용수철이 너무 많이 늘어나는 경우가 없이 추의 적당한 무게로 실험을 할 수 있었다. 20g의 추가 부족해서 나중에는 10g짜리를 두 개 사용했는데 여기에서 오차가 생기지는 않았을지 의문이다. 그래도 결과를 보면 10g짜리 두 개를 사용한 것이 실험에는 그리 큰 영향을 준 것 같지는 않았다.
이번 실험에서는 단순히 용수철의 길이를 재는 활동만 하였기에 어려운 실험은 아니었다. 그러나 용수철의 길이를 정확하게 재지 못한 것이 아쉬웠다. 이러한 길이를 잴 때 자를 이용하여 대충 눈대중으로 재는 것이 아니라 이러한 것들을 재는 실험기구가 있었으면 하는 아쉬움이 남는다.
고정도르래를 이용하여 추의 무게를 재는 실험에서는 고정도르래에 걸린 추와 용수철의 높이에 따라서 용수철의 늘어난 길이가 달라졌다. 그런데 여기에서 어느 정도의 높이를 유지해서 용수철의 늘어난 길이를 재야하는지 잘 몰라서 당황하였다. 그냥 우리들의 생각으로 추의 높이와 용수철의 높이가 같은 지점에서 용수철의 길이를 쟀는데 이것이 맞는 실험방법이었는지 잘 모르겠다. 움직 도르래에서는 용수철을 수직으로 매달아서 실험을 해야했는데 정확하게 수직이 이루지 못한 것 같다. 움직도르래에서는 도르래의 무게까지 더해져서 오차가 조금 심한 것 같다.
그리고 그 동안 많은 실험을 하면서 오차에 대해 너무 무지했던 것에 반성을 하였다. 단순히 오차는 실험에서 실수로 아니면 조건이 맞지 않아 생기는 실험값과의 약간의 차이라고만 생각했었는데 오차에 대해서도 잘 따져주어야 한다는 것을 알게 되었다. 그리고 오차를 생각해서 결과값을 산출하는 것이 매우 힘들었다. 오차론이 무엇인지도 잘 몰라서 매우 어려움을 겪었다. 이제부터 하는 실험에서는 오차를 잘 따져주어야겠다.

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