아주대학교 물리학실험 21. RLC 회로 / A+

소개글

아주대학교 물리학실험의 RLC 회로 레포트입니다.
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목차

1. 측정값 및 계산
1) 실험 1. 대 의 측정
2) 실험 2 스코프 X-Y 모드에서의 공진조건
3) 실험 3 공진조건에서의 회로의 총 저항

2. 질문에 대한 토의
1) 질문 1
2) 질문 2
3) 질문 3

3. 실험과정 및 결과에 대한 고찰

본문내용

실험1은 미리 구성된 RLC회로에서 주파수를 변화시켜가며 공진 주파수를 찾아가는 실험이다. 공진주파수는 교류 전원이 공급되는 회로에서 유도성 리액턴스 과 용량성 리액턴스 의 차이가 0이 되어 임피던스 의 값이 탄소저항 소자 R과 같아져 회로 내 전류의 폭이 최대가 될 때의 주파수를 의미한다. 일반적으로 이 임피던스 값은 각진동수 의 크기에 의해 결정되는데, 여기서 의 값을 변화시켜가며 을 만족하는 의 값을 찾는 것이 본 실험의 목적이다. 100Hz부터 20Hz 간격으로 값을 변화시켜가며 측정했을 때 160Hz가 1.684V, 180Hz가 1.715V, 200Hz가 1.707V로 공진 주파수가 160Hz~200Hz 사이에 있을 것으로 추정할 수 있었다. 이후 10Hz 간격으로 변화시켜가며 추가적인 실험을 수행했을 때 190Hz가 1.717V로 최대값을 가짐을 확인할 수 있었다. 본 실험 결과에 따른 그래프에 따르면 주파수에 따라 전압의 크기가 증가하던 그래프가 190Hz 부근을 기점으로 다시 감소하고 있음을 알 수 있다. 이는 질문 2에서 살펴본 것과 같이 각진동수와 전압의 관계에 대한 그래프는 특정 기점을 중심으로 대칭인 그래프가 나오기 때문에 올바른 실험 결과값이다. 따라서 본 실험 1은 정상적으로 수행되었다.
실험 2는 실험 1의 실험에서 연장선이다. 실험 1에서는 190Hz에서 최대 전압을 가진다고 결론을 내렸으나, 본 실험 2에서는 주파수 단위를 0.1Hz씩 조절하며 정확한 공진 주파수를 찾아보려고 한다. 실험 결과에 따르면 188.8Hz일 때 전압 크기 1.727V로 공진 주파수를 가짐을 알 수 있었다. 이 실험에는 시간에 따른 전압의 사인파 그래프를 관찰하는 출력 전압의 크기와 측정 전압의 크기를 서로 비교할 수 있도록 X-Y 모드에서 결과를 관찰하는 방식으로 측정되었는데, 이런 식의 측정이 가능한 이유는 공진 주파수가 아닐 때에는 임피던스의 값이 0이 아니므로 위상차가 발생하게 된다.

참고 자료

조두진 외, 『제 12판 물리학 실험』, 아주대학교 출판부, 2018, pp. 189-196.
레이먼드 A. 외, 『대학물리학 II 9th Edition』, 대학물리학교재편찬위원회 역, 북스힐, pp.831-844.