[자연과학] 물리학 실험 - 축전기의 충방전

제목: 축전기의 충방전
목적:
축전기의 충전과 방전현상을 관측하여 그 변화가 지수함수를 따르는가 확인하고 시간상수의 의미를 확인한다.
방법:
1부 컴퓨터

1. 전압센서를 데이터 스튜디오 아날로그 채널 B에 연결하고 신호발생기의 출력단자에 연결선 바나나 플러그를 꼽는다.

2. ‘Signal Output`, `Voltage Sensor`,`Sampling options`을 알맞은 값으로 설정한다.

2부 실험장치 및 측정
1. 330μF축전기와 1KΩ저항(갈,흑,적색)을 연결한다.
2. 전압센서의 악어 클립을 축전기 양단에 극성을 맞춰 연결한다.

3. 신호발생기의 출력 전압과 전압센서의 측정 결과가 그라프에 표시되도록 한 후 `Start`버튼을 눌러 측정을 시작한다. 이 측정은 `Start`버튼을 누른 후 15~20초 후에 자동으로 종결된다.

데이터 처리

4. 앞에서 측정한 데이터 그래프에서 전압센서의 측정결과는 5초간 상승, 5초 방전 후 0에 도달한 후 다시 상승하는 포화곡선을 보인다. 첫 번째 곡선은 0에서 출발하지 않았으므로 버린다. 이와 함께 출력전압의 파형이 그래프 윈도우에 함께 보인다.

5. 위의 두 종류 전압의 데이터가 하나의 데이터 표 윈도우에 나타나도록 한다.

6. 그래프에서 축전기가 방정하기 시작하는 점과 두 번째 충전이 시작하는 점의 시간을 대략 보아 두고, 데이터 표에서 이 시간 부근의 전압 변화를 점검한다. 전압센서의 측정결과에서 전압이 0인 시간이 계속되다가 이로부터 약간 증가한 값을 보이는 시간의 경계를 찾아 전압이 0인 마지막 순간을 충전실험의 시작점으로 하면 된다. 이 점의 ()을 읽어 기록한다. 방전실험에서도 마찬가지 방법으로 을 읽어 기록한다. 시간의 표기법은 을 실제의 측정시간으로 표기하고 를 식(1~4)의 시간 즉, 충전 또는 방전이 시작된 시점을 으로 정한 시간으로 표기하기로 한다.

7. 식(2)와 (3)의 와 를 각각 읽어 기록한다.

8. 충전현상의 데이터에서는, 데이터 표에서, 가 각각 , τ,〓2τ, 3τ가 되는 시점, 즉 가 0.5,0.632,0.865,0.950가 되는 시간를 기록한다.

9.방전현상의 데이터에서는 가 τrk 되는 시점, 즉 가 0.368인 시간 과 V〓0.01를 통과하는 시점을 읽어 기록한다.

원…(생략)

(1)측정값 및 계산

10.230

0.230

0.632

2.510

10.335

0.335

0.865

4.418

10.665

0.665