[부산대 일반물리학실험2]축전기의 충전과 방전

소개글

"[부산대 일반물리학실험]축전기의 충전과 방전"에 대한 내용입니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정 값
6. 실험 결과
7. 실험 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고문헌 및 출처

본문내용

1. 실험 목적
축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다.

2. 실험 원리
(1) 축전기의 충전 과정
축전기, 저항, 기전력 장치로 구성된 직렬 회로를 생각해봅시다. 축전기는 당연히 처음에는 충전되지 않은 상태였을 것이고 스위치가 열려있으면 전류 역시 회로에서 흐르지 않을 것입니다. 시간 t=0일 때 스위치를 닫으면 전류가 흐르기 시작하여 축전기에 충전이 됩니다. 시간 t일 때 축전기에 충전된 전하가 q라면 이는 전류에 의한 것으로 전하의 시간 변화율은 전류와 같습니다.

축전기의 전하는 축전기에 의 전위차를 만들 것입니다. 축전기에 전하가 충전되어 가 되면 회로에 전류가 흐르지 않으며, 이때 충전된 전하량은 가 됩니다.
축전기에 충전된 전하량, 전위차, 회로에 흐르는 전류를 알아보기 위해 주어진 전류에 Kirchhoff 제 2법칙을 사용하면 다음과 같은 식이 유도됩니다.

위의 식에다가 위의 라는 전류는 전하의 시간 변화율이라는 것을 지시하는 식을 대입합니다. 그 결과는 다음과 같습니다.

t=0일 때 축전기의 전하량이 q=0이라는 것을 적용하여 변수 분리를 통해 위의 미분 방적식을 풀면 다음과 같은 해가 나옵니다.

이때 최댓값의 63.2%까지 충전되는 데 걸리는 시간 를 시정수(time constant)라고 부른다. 축전기에 걸리는 전위차는 다음과 같이 전하량과 비례하고 같은 시간의 함수로 나타납니다. 위의 충전된 전하량에 관한 식을 사용하여 유도됩니다.

회로에 흐르는 전류는 다음과 같이 시간에 따라 지수적으로 감소하고, 시정수는 초기 전류값에 대해 36.8% 감소하는 데 걸리는 시간임을 알 수가 있습니다.

(2) 축전기의 방전 과정
이제 회로의 스위치를 열고 기전력 장치(전원)를 분리한 다음 스위치를 닫으면 충전된 축전기의 전위차에 의해 회로에 전류가 흐른게 됩니다.시간에 따라 충전된 전하량의 변화와 전류를 계산하기 위하여 주어진 회로에 Kirchhoff 제2법칙을 적용하면 다음과 같은 식이 나옵니다.

참고 자료

일반 물리학 실험, 제4판, 부산대학교 물리학교재편찬위원회 지음, 청문각출판사, 2019년 발행, 24장 축전기의 충전과 방전