축전기의 충전과 방전 / 일반물리학실험 II / 결과 보고서 A+
- 최초 등록일
- 2022.09.20
- 최종 저작일
- 2022.09
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소개글
"축전기의 충전과 방전 / 일반물리학실험 II 보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적1
2. 실험 원리 1
3. 실험 기구 및 재료3
4. 실험 방법3
5. 측정값4
6. 실험 결과8
7. 결과에 대한 논의25
8. 결론25
9. 참고 문헌 및 자료 26
본문내용
1. 실험 목적
축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다.
2. 실험 원리
(1) 축전기의 충전 과정
[그림1]-좌측 그림과 같은 축전기, 저항, 기전력 장치로 구성된 직렬 회로를 생각하자. 축전기가 초기에 충전되지 않았고 스위치가 열려 있으면 회로에는 전류가 흐르지 않는다. 시간 일 때 스위치를 닫으면 전휴가 회로에 흐르기 시작하여 축전기에 충전이 된다. 시간 일 때 축전기에 충전된 전하가 라면 이는 전류에 의한 것으로 전하의 시간 변화율은 전류와 같다.
(23.1)
축전기의 전하는 축전기에 의 전위차를 만든다. 축전기에 전하가 충전되어 가 되면 회로에는 전류가 흐르지 않게 되며, 이때 충전된 전하량은 가 된다.
시간에 따라 축전기에 충전된 전하량, 전위차, 회로에 흐르는 전류를 알아보기 위해 주어진 회로에 Kirchhoff 제2법칙을 적용하면 다음과 같이 된다.
(23.2)
여기에 식 (23.1)을 대입하면 다음과 같다.
(23.3)
초기 조건 즉 일 때 축전기의 전하량이 이라는 것을 적용하면 위 미분방정식의 해는 다음과 같다.
(23.4)
이때 최댓값의 63.2%까지 충전되는 데 걸리는 시간 t=RC를 시정수라 부른다. 축전기에 걸리는 전위차는 다음과 같이 전하량과 비례하고 같은 시간의 함수로 나타난다.
(23.5)
회로에 흐르는 전류는 다음과 같이 시간에 따라 지수적으로 감소하고 시정수는 초기 전류값에 대해 36.8% 감소하는 데 걸리는 시간이라는 것을 알 수 있다.
(23.6)
(2) 축전기의 방전 과정
이제 [그림1]-우측그림과 같이 회로의 스위치를 열고 기전력 장치(전원)를 분리한 다음 스위치를 닫으면 충전된 축전기의 전위차에 의해 회로에 전류가 흐른다. 시간에 따라 충전된 전하량의 변화와 전류를 계산하기 위하여 주어진 회로에 Kirchhoff 제 2법칙을 적용하면 다음과 같이 된다.
참고 자료
부산대학교 물리학 교재편찬위원회, 『일반 물리학 실험』, 개정 4판, 20**, p. **.
http://gplab.phys.pusan.ac.kr/menu/menu02/02_capacitor_m.html