중앙대학교 일반물리실험(2) - RC충방전회로실험

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목차

[1] 실험 목적
[2] 기본 원리 및 이론
[3] 실험값
[4] 결과 분석
[5] 오차 논의 및 검토
[6] 결론
[7] 참고문헌

본문내용

[1] 실험 목적

회로 내에서 전하를 충•방전하는 축전기의 역할을 이해한다.

[2] 기본 원리 및 이론

(1) 축전기의 충전

V – IR - = 0
I =
= (∵I=dq/dt)
=
즉,

t=0일 때 q=0 이라는 점을 적용하여 위 식을 적분하고 q에 관해 정리하면

이고,

이다.

한편, 충전과정에서 회로에 흐르는 전류는 축전기에 충전되는 전하량 q를 시간에 대해 미분함으로써
I=
이고, Ohm의 법칙에 의해

이 된다.

충전과정에서의 축전기에 충전되는 전하량의 시간에 따른 변화, 회로에 흐르는 전류의 시간에 따른 변화는 다음 그래프와 같이 나타낼 수 있다.

여기서 저항과 전기용량의 곱 RC를 회로의 시간 상수라고 하며, τ로 표기한다.

=RC

이 시간상수는 축전기에 충전되는 전하량이 최종 전하량의 63.2%에 도달하는데 걸리는 시간을 의미한다.

<중 략>

[5] 오차 논의 및 검토

이 실험에서는 저항과 축전기의 전기용량의 값을 실험기기에 정해져있는 값으로 사용하였다. 측정기기로 실측하는 것이 좋으나, 저항의 측정은 멀티미터로 쉽고 정확하게 측정할 수 있는데 반해, 전기용량은 멀티미터로 측정하기에는 정확성이 낮기 때문이다. 제조사에서 측정하여 제공한 값(회로기판에 기재되어 있는 값)을 그대로 사용하였지만 측정기기로 정확하게 측정 한 후 실험을 진행한다면 오차를 줄일 수 있을 것이라 판단된다.
또한 계기오차로 오실로스코프가 보여주는 값이 연속적이지 않기에, 불가피하게 계산된 값과 가장 가까운 값을 선택하여 시간상수를 찾았다. 이 과정에서 오차가 생겼을 것이라 예상한다. 더 작은 단위를 통해 정확하게 측정한다면 오차를 줄일 수 있을 것이다.
한편, 실험4를 통해 알 수 있듯이 축전기의 전기용량의 크기가 작을 때 시간상수의 오차율이 가장 크게 나타났다. 이는 축전기의 전기용량이 작을 경우에 전압의 변화가 급격하게 이루어지는데 시간의 단위는 고정되어 있었기 때문이다. 이를 분석하기 위해 더 정밀하게 시간을 나눈다면 시간상수를 더 정확한 타이밍에 측정할 수 있을 것이다.

참고 자료

일반물리실험(2), 남형주, 북스힐, P.127~P.148