연필심의 전기적 특성 조사

소개글

연필심의 전기적 특성 조사에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Ⅰ. 실험목적

Ⅱ. 추정

Ⅲ. 실험설계

Ⅳ. 실험결과

Ⅴ. 결과해석

Ⅵ. 결론

본문내용

이나 혹은 이하가 되면 속도의 제곱에 비례하는 저항을 받게 된다. 거시적인 관점에서 볼 때, 두 가지는 다른 것으로 표현되는 값이다. 기준을 정해놓고, 그 기준에 대해서 이쪽은 이런 것으로 해석되고, 저쪽은 저런 것으로 해석되는 것이다. 이 실험에서도 전압의 기준이 존재해 그 기준에 대해 아래쪽에서는 선형적 관계가 그 기준에 대해 위쪽은 다른 형태의 운동을 가지는 어떤 영향이 존재한다고 가정할 수 있다.
※ 추가실험
시간(초)
전압(V)
10
20
30
40
50
60
15
1.08 (A)
1.11 (A)
1.12 (A)
1.13 (A)
1.14 (A)
1.14 (A)
20
1.53 (A)
1.66 (A)
1.72 (A)
1.74 (A)
1.77 (A)
1.79 (A)
이는 추가실험에 대한 데이터와 그래프를 표시해 놓은 것이다. 우선 15V와 20V에 대해서 나타내어 보았다. 다른 전압에 대해서는 변화의 폭이 너무 크거나 변화가 거의 일어나지 않아 관계를 알아보지 못해 추가하지 못했다. 따라서 위와 같이 높은 전압에 대해 측정을 했다. 우선 위의 그래프를 보라. 20V에 따른 시간에 대한 전류의 값은 대체로 증가하는 경향을 나타낸다. 그 폭이 점점 줄어드는 듯이 보인다. 그리고 15V의 경우에는 증가하는 것이라 보기에는 너무 빈약하다. 일정한 전압에 대한 시간의 전류 변화를 보면 15V와 20V를 보더라도 전압을 높게 잡을 경우 다른 형태의 모습을 나타낸다. 이로써 온도 외에 다른 요인이 있을 수도 있다고 생각할 수 있다.
3. 우리는 처음에 연필심이 일반적 도체의 경우라 생각하고, 실험을 해보기로 했다. 온도의 변화에 대한 시간을 일정하게 하고, 그 온도변화에 대한 영향으로 어느 정도 전류의 변화가 폭을 가지는지에 대해 주안점을 두고 실험해 보았다. 식히지 않는 경우를 보면 식히면서 하는 경우와 비교해 볼 때, 변화량의 크기가 더 컸다. 전류의 축에 대해 가깝게 붙었다. 즉 전류에 대한 전압의 값, 저항의 값이 증가하지는 않고 감소하는 경향을 나타내고 있다. 그럼 왜 이런가? 일반적 도체의 경우는 온도가 오를수록 저항의 값이 이의 식과 같이 증가해야 한다. 즉, 전력에 의해 열에너지의 발생률이 증가할수록 저항의 값이 증가해야 한다. 그런데, 전압의 증가로 전력이 커질 때, 열에너지의 값이 더 커질 때, 저항의 값이 작아졌다. 이는 연필심이 일반적 도체의 성질을 그대로 상속하지는 않는다고 할 수 있다. 연필심은 저항의 값이 전압이 증가할 때 감소하는 성질 그리고 다항식의 제곱이나, 세제곱의 형태로 나타내어지는 이런 물질들을 찾아보니, 반도체를 들 수 있다. 반도체는 4가의 원자가전자를 가지고 있으면서, 그 곳에 불순물이 어느 정도 있느냐에 따라 전류의 양이 달라질 수 있다. 그리고 불순물의 종류에 따라 전류가 흐르는 정도의 차이와 흐르는 방향을 조절할 수 있는 것이 결정된다. 그러면 연필심에 이를 적용해보자. 연필심의 주요소는 탄소이다. 탄소도 반도체와 같이 4가의 원자가 전자를 가지고 있다. 탄소의 4가 원자가 전자에 대해 전자를 하나 더 가지거나, 전자의 구멍이 존재한다면 전자의 이동이 일어날 수 있다. 즉 전압의 영향으로 전자의 이동을 생각해 보면 전자가 하나 더 많으면 전압의 영향을 받아 전자가 서로를 밀쳐나게 되고 이 전자의 밀림현상이 전류라 생각할 수 있다. 그런데, 전압의 영향이 일정한 양을 넘어가면 전자의 밀쳐내는 정도가 심해지는 경우가 많아질 수도 있다. 그래서 이러한 현상을 나타낸다고 생각할 수도 있다. 그리고 전자의 구멍은 음전하가 아닌 양전하라 생각할 수 있다. 이런 양전하의 영향을 전자의 영향과 비슷하게 방향만 반대로 생각해 주면 같이 적용할 수 있다. 그래서 연필심에 존재하는 탄소와 불순물들의 관계에 의해서 연필심도 반도체의 성질을 지니고 있다고 생각할 수도 있다.
4. 연필심에 대해 생각해 볼 때 위의 그래프를 보면 차이를 알 수 있다. 그래프의 차이는 제곱의 계수이다. 즉 벌어지는 정도의 차이다. 벌어지는 정도의 차이는 저항의 변화에 대한 값이 서로 다르다고 나타내어 준다. 우리는 이 그래프를 통해서 의미를 받아들일 수 있다. 그렇게 확실한 정보는 아니지만 연필의 종류에 따라, 즉 연필심이 ‘무른 것인가?’ 혹은 ‘더 단단한 것인가?’ 그리고 진한정도에 따라서 저항의 변화가 다르게 나타난다. 비교실험을 두 가지만 해서 정확히 어떤 경향성을 띠고 있는지에 대해서 알 수 없다. 그래서 확실히 이렇다 할 제안을 하지 못한다. 그러나 두 가지의 특성에 대해서 간단하게 비교해 보겠다. HB의 연필심에 대해 주목해 보라. 연필심에 대한 전압과 전류의 관계를 알 수 있다. 이것의 값은 위에서 언급했듯이 변화의 경향은 반도체의 변화의 경향과 비슷한 형태이다. 즉, 저항이 전압의 증가에 대해서 줄어드는 경향이다. 그리고 이 HB연필심을 이제 2B의 연필심과 비교해 보자. 2B의 연필심은 HB의 연필심에 대해 더 무른 성질을 가지고 있으며, 진한 색을 나타낸다. 즉, 좀 더 높은 순도의 탄소로 이루어져 있다고 생각할 수 있다. 그래서 2B의 연필심이 좀 더 좋은 반도체적 형태를 띠고 있다고 예상할 수 있다. 위의 그래프에 대한 비교를 통해 이를 확인 할 수 있다. 그래서 순도가 높은 탄소의 경우 반도체적 성질이 더 잘 나타낼 수 있다고 말할 수도 있다.
Ⅵ. 결론
1. 저항이 일반적 도체의 경우 통제된 변인에 의해 정해진 상수라 생각되는데, 연필심의 경우에는 일반적 도체의 경우를 따르지 않고, 다른 영향이 있다. 이를 두 가지로 생각할 수 있고, 첫째로 오차에 대한 생각과 둘째로 다른 요인에 의한 영향이라 생각할 수 있다.
2. 연필은 전압을 증가시키면 온도가 올라가서 저항이 감소하는 경향이 있다. 이는 반도체의 성질과 유사하다. 따라서 연필은 반도체의 성질을 지니고 있다고 할 수도 있다.
3. 실험에서 보면 알 수 있듯이 HB보다 2B의 실험 결과가 더 반도체적 경향이 뚜렷하게 나타났다. 두개의 데이터로 성급하게 결론을 내릴 수는 없으나 그러한 경향성을 발견할 수는 있다. 따라서 탄소의 순도가 높을수록 반도체적 성향이 잘 나타난다고 말할 수 있다.

키워드

연필심,   저항,   전류,   전압,   전기적 특성