기초회로실험 결과 리포트 키르히호프의 전압전류법칙

목차

1. 실험진행

A. 키르히호프 전류법칙

B. 키르히호프 전압 법칙

B-a. 단일 전압원을 가지는 경우

B-b. 다중 전압원을 가지는 경우

2. 오차의 원인

a. 이상적인 회로 구현의 어려움

b. 저항기의 오차

c. 공급되는 전압의 유동성

d. 실험자의 미숙함

3. 확인문제

A. 키르히호프 전류 법칙

B. 키르히호프의 전압 법칙

본문내용

지만, 이 이론값들은 이전 실험을 통해 확인한 옴의 법칙(V = IR), 그리고 1학기 때 공부한 Mesh-Current method를 이용하여 얻어 낼 수 도 있다.
- 이 실험을 통해 얻어낸 측정값들 역시 PSIM으로 시뮬레이션 하여 얻어낸 이론값과 거의 일치했다. 직렬회로에서는 모든 저항에 같은 크기의 전류가 흐르므로 저항이 큰 곳일수록 많은 전압이 걸리는 것을 확인 할 수 있었다. 두 개의 루프가 있으므로 각각의 루프에 KVL을 적용시켜보면 일치하는 것을 확인 할 수 있었다. 이는 3)에서 점검할 것이다.
b. KVL 그래프 2
- 주어진 회로는 loop1과 loop2로 나누어 KVL을 적용해야 한다. 각각의 루프는 단일 전압원 실험과 마찬가지로 직렬회로이므로 각 소자들에 흐르는 전류는 같다. 때문에 저항이 큰 곳에 큰 전압이 걸렸고, 그래프에 표시된 전압들은 이들의 크기를 알기 쉽게 표현한 것이다.
3) 각 루프에 대한 KVL 식을 세워라.
a.
b.
4) 3)에서 세운 KVL 식에 측정값들을 대입하여 KVL 등식이 성립하는지 확인하시오.
a.
b.
∴ 두 개의 루프에 관한 KVL 식 모두 성립함을 확인 할 수 있었다.
2. 오차의 원인
a. 이상적인 회로 구현의 어려움
- 이상적인 회로는 저항기를 제외한 나머지의 저항은 0이기 때문에 저항기 외에서의 전압강하는 일어나지 않는다. 또한 이상적인 실험환경에서는 온도나 습도 등의 요소들도 배제한다. 하지만 현실적으로 이것은 불가능하기 때문에 실험시의 측정값과 이론을 통한 계산값 사이에 오차가 발생하였다.
b. 저항기의 오차
- 저항값들도 오차가 있다. 실험시에 지급받은 저항기의 색으로 저항값을 결정하였고 정확한 값을 측정하지는 않았다. 때문에 실제 저항값과 차이가 있었고, 그것을 고려하지 않고 실험을 진행하였기 때문에 실험값과 계산값 사이에 오차가 발생하였을 것이다.
c. 공급되는 전압의 유동성
- DC Power Suppy를 정확한 숫자에 맞추어 놓고 실험을 진행하였지만, 실험도중 잠깐씩 숫자가 변하는 것을 발견할 수 있었다. 기기가 표시할수 있는 범위는 0.1V까지 였기 때문에 그러한 현상이 자주 보이지는 않았지만 이를 통하여 0.1V 미만의 단위로는 지속적인 변화가 있었다는 것을 알 수 있다. 이 역시 계산값과 측정값의 오차 발생 요인으로 생각된다.
d. 실험자의 미숙함
- 실험은 사람이 하는 것이기 때문에 아무리 주의를 기울여 실험을 한다고 하지만 약간의 실수가 있을 수 있다. 한 가지 예로 우리가 전류를 측정할 때에도 미터기의 값이 조금씩 변하는 것을 확인할 할 수 있었다. 약간의 측정시의 떨림 같은 것이 오차를 가져온 것이라 생각한다. 다음 실험부터는 좀 더 세밀하게 실험에 임하도록 해야 하겠다.
3. 확인문제
A. 키르히호프 전류 법칙
Q1. 회로에서 미지의 전류를 구할 때, 미지 전류의 방향은 일반적으로 임의로 설정한다. 그후 KCL을 적용하여 그 값을 구하고 만약 그값이 양 또는 음이라면 전류의 기준방향과 실제 방향은 어떻게 되는가?
ans) 만약 구한 값이 양의 값이라면 기준방향으로 실제로 전류가 흐르는 것이다. 하지만 구한 값이 음이라면 이는 기준방향과 반대 방향으로 전류가 흐르고 있다는 것을 뜻한다.
Q2. 각 마디 a, b, c에서 KCL 작성
ans) , ,
Q3. 정육면체의 한 변의 저항이 rΩ일 때 전체 저항 Rab의 값을 구하라.
ans) a점과 b점이 서로 대칭을 이루고 있고, 전위가 같은 곳은 전류가 흐르지 않으므로 위 회로를 다시 표현하면 오른쪽과 같이 된다. 이 회로의 합성저항을 구하면 다음과 같다.
B. 키르히호프의 전압 법칙
Q1. DC 12[V]의 전압을 측정하려고 10[V]용 전압계 두 개를 직렬로 연결했을 때, 전압계 V1의 지시는 몇 [V]인가? 단 각 전압계의 내부저항은 8kΩ, 4kΩ이다.
ans) 저항 2개를 직렬연결 한 것과 같고, 직렬회로에서 전압은 걸리는 저항이 비례하므로 각 V1 표시되는 전압은 이다.
Q2. 그림의 회로에서 각 가지에 흐르는 전류 I1, I2, I3의 크기와 방향을 키르히호프의 법칙을 이용하여 구하라.
ans) 위쪽을 loop1, 아래쪽을 loop2라 잡고 KVL을 적용한다.
이제 주어진 식을 연립하여 I1, I2, I3를 구해보자. 위의 3식을 연립하면,
이므로 I3를 a식에 대입하면, 이므로
이고, 이다. 또 I2는 KCL에 의하여 이다.
즉, I1=140[mA], I2=80[mA], I3=-220[mA].

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