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Index & Contents

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축전기의 전기용량과 R-C 회로의 시상수 측정

 

1. 실험 목적

직류전원에 의해 축전기에 전하가 충전되는 양상을 관찰하고, R-C 회로의 전기적 특성을 대표하는 시상수를 측정하여 축전기의 직렬, 병렬연결에 대한 등가 전기용량을 알아본다.

 

2. 실험 이론

 

충전(charge)

 

기전력에 의하여 Capacitance가 충전된다. 옆 그림과 같이 구성된 회로의 회로 방정식은 식 (1)과 같다.

 

(1)

전류 i 값에 옆의 식(2)를 대입하여, ............................(2)

 

식(1)을 풀면, 식(3)을 얻을 수 있게 된다. (3)

t〓 RC 일 때 원래 기전력 ε의 (1-e-1)배가 되게 되는데 이때 t〓RC 값을 RC시상수라고 한다.

 

2. 방전(discharge)

기전력 ε〓0이 되고 capacitance에 충전된 전하들이 방전된다. 옆의 그림과 같이 구성된 회로의 회로방정식은 식 (4)와 같다.

 

(4)

마찬가지로 전루 ii값에 식(2)를 대입하여, 식 (4)를 풀면 식(5)의 해를 얻을 수 있다.

 

..............(5)

 

이때도 마찬가지로 t〓RC 일 때 값을 RC 시상수 라고 한다.

3. 실험 장치 및 기구

회로판

전기저항 (10kΩ, 100kΩ)

축전기 (1μF, 10μF, 100μF, 330μF)

Power Supply

전선

전압계

 

4. 실험 방법

전기저항과 축전기를 회로판에 연결한다.

축전기의 양단을 전선으로 연결함으로써 축전기를 완전 방출된 (전위차 0V) 상태가 되도록 한다.

스위치를 연결하고 전압계에 나타나는 전위차의 변화를 관찰한다.

- 여기서 우리는 digital studio 라는 프로그램을 이용하였다.

회로 구성 후 프로그램을 시작하여 전압(5V)을 공급해 주어 축전기에 충전되는 양을 측정하였다.

축전기에 완전히 충전된 후 (전위차의 변화가 더 이상 없을 때) 스위치를 끊고 이 때 전위차의 변화가 거의 없는 것, 즉 충전된 전하가 빠져나감이 없음을 확인한다.

- 프로그램을 이용해 축전기에 충전되는 양을 그래프 및 data값으로 확인할 수 있다.

- 축전기 전압의 가장 높은 값의 63% 가 되기까지의 시간을 측정하였다.

충전된 전하가 방전함에 따라 나타나는 축전기 양단의 전위차의 변화를 관찰한다.

과정 ~ 를 여러 번 되풀이하여 충전과 방전에 따른 변화를 익힌다.

전기…(생략)

 

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