[물리학 실험] 3-1 쿨롱의 법칙

소개글

[물리학 실험] 3-1 쿨롱의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

3-1 쿨롱의 법칙


1. 목 적

2. 이 론
A. 쿨롱의 법칙
B. 실험적 방법 이론

3. 실험 방법
B. 일정한 극판 사이의 거리하에서 극판 사이 거리의 함수로 힘 측정

4. 실험 결과
B. 일정한 극판 사이의 거리하에서 극판 사이 거리의 함수로 힘 측정

5. 분석 및 토의

6. 고 찰

본문내용

함수로 힘 측정
극판
사이의
거리(d)
극판 사이의 전압 조정에 따른 질량 변화(g)
2㎸
4㎸
6㎸
8㎸
10㎸
실험값
이론값
오차(%)
1㎝
-0.53
-2.00
-4.53
-8.08
-12.36
-18.06
31.56
1.5㎝
-0.14
-0.77
-1.62
-2.98
-4.81
-8.03
40.10
2㎝
-0.11
-0.38
-0.80
-1.55
-2.39
-4.52
47.12
2.5㎝
-0.06
-0.17
-0.48
-0.89
-1.51
-2.89
47.75
3㎝
-0.01
-0.11
-0.31
-0.59
-0.97
-2.01
51.74
3.5㎝
-0.00
-0.09
-0.28
-0.53
-0.80
-1.47
45.58
① 10㎸일 때의 이론값
d=1㎝일 경우
=>
(※ 극속판의 면적 )
② 10㎸일 때의 이론값과 실험값과의 오차 측정
d=1㎝일 경우
=> 실험값 12.36g
이론값 18.06g
오차 =
③ 이론값과 실험값의 결과 그래프
5. 분석 및 토의
① 극판 사이의 거리가 가까워짐에 따라 저울의 눈금은 어떻게 변하는가?
Sol) 극판 사이의 거리가 가까워짐에 따라 저울의 눈금은 증가하게 되었다.
② 전압을 증가시키면 저울의 눈금은 어떻게 변하는가?
Sol) 거리가 일정할 때, 전압을 증가시키면 저울의 눈금도 증가하게 되었다. 이 경우는 전압이 높아질수록 양극판에 작용하는 힘이 강해져서 아래 극판의 무게는 무거워지기 때문이다.
6. 고 찰
이번실험은 쿨롱의 법칙을 확인하는 실험이 었다.
실험상에서는 두 전하 q1과 q2를 정확히 알 수 없기 때문에 의 값을 알 수가 없었다. 따라서 두 전하사이의 전하의 힘 대신에 두 극판사이의 두 전하의 질량으로 그 값을 구하여 쿨롱의 법칙을 실험하였다. 따라서 우리가 구하고자 하는 질량 은 쿨롱의 법칙의 식의 변형을 통하여 다음과 같이 구할 수 있었다.
이 때의 g는 중력, V는 두 극판에 가한 전압, d는 두 극판 사이의 거리이다.
이 실험을 통하여 간격과 힘과의 관계를 보면 간격이 멀어질수록 힘이 강해짐을 알 수가 있었다. 이는 간격이 멀어질수록 두 극판사이의 힘이 약해짐으로 실질적으로 아래쪽 극판에 가해지는 힘이 약해져서 무게가 높게 측정되었다.
더불어, 거리가 일정할 때 전압의 변화를 통하여 전압과 힘의 관계를 알 수 있었다. 전압이 높아질수록 힘이 강해짐을 알 수 있었으며, 이 경우는 전압이 높아질수록 양극판에 작용하는 힘이 강해져서 아래 극판의 무게는 무거워지는 것을 알 수 있었다.
따라서 쿨롱의 법칙으로부터 쿨롱의 힘은 간격의 제곱에 반비례함을 알 수 있었다. 이를 통하여 두 개의 물체사이에 작용하는 힘에 관한 쿨롱의 법칙을 이해하는 데 도움이 되었다. 다만, 극판의 면적에 따른 변화의 실험을 하지 못하여 보다 정확히 쿨롱의 법칙을 이해하지 못한 것에 대한 아쉬움이 남았다.
실험시 이론값과 실험값과의 오차가 상당히 크게 발생함을 볼 수 있었다. 오차의 원인은 여러 가지가 있겠지만, 예상하기로는 우선 저울의 미정확성을 들 수가 있다. 저울이 초기상태에서 영점이 정확히 맞추어지지 않았으며, 실험 단계에서 질량 변화 측정 이후 거리의 변화시에도 저울의 변화가 생겨 보다 정확한 측정이 이루어지지 못했다. 이는 보다 정확한 저울과 미세한 변화까지도 측정할 수 있는 저울을 사용함으로써 오차의 범위를 줄일 수 있을 것이다.
다음으로는 전자 저울을 사용하였기 때문에 생기는 오차를 들 수 있다. 전자 저울은 실험시 발생되는 전기장에 의하여 그 값에 영향을 받게 되는데, 보다 정확한 측정을 위하여 전자 저울의 전지장 및 자기장에 의한 영향을 적게 받는 저울을 사용하여야 할 것이다.
또한, 극판의 거리 측정에서도 오차가 일어났다. 우선, 마이크로미터로 극판의 거리를 측정한 것이 아니라 자를 이용하여 극판사이의 거리를 눈짐작으로 측정하였기 때문에 오차가 발생하였다.
마지막으로 전압의 공급을 해 주는 공급 전압기의 미정확성을 들 수 있다. 공급 전압기의 출력되는 전압의 표시가 아날로그로 되어 있어 이것 또한 눈 짐작으로 전압을 출력하여 주였기 때문에 이에 따른 오차가 발생하였다. 보다 정확한 디지털 공급 전압기를 사용하여 오차를 줄여 줄 수 있을 것으로 생각된다. 하지만, 이러한 오차 범위내에서도 실험값은 극판의 거리, 인가된 전압을 제외한 상태에서 결과값의 그래프를 통하여 보면 이론값의 변화와 거의 유사하게 변화함을 알 수 있다. 따라서 실험에서의 절대적인 수치를 제외한다면 이번 실험은 성공적인 실험이였다고 생각된다.

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