본문/내용
1. 이론적 배경
- 전력이란
단위 시간당 일의 양으로 정의 되며 단위는 W 이다. 저항성 부하 R에 걸리는 전압 V, R에 흐르는 전류 I 및 이에 의해 소비된 전력 P 사이의 관계식은 다음과 같다.
- 전력의 최대 전송
A
그림 1
그림 1은 전원 로부터 부하저항 에 전력을 전달하는 회로를 보여준다. 회로 자체는 전원의 내부저항을 포함하는 저항 를 갖는다. 이 회로를 통해서 전원과 부하사이에 최대 전력 전송이 일어나려면 얼마만큼의 저항값이 필요한지를 알 수가 있다. 에 의해 소비되는 전력의 계산식은 다음과 같다.
의 값은 전압 와 회로의 총 저항에 의해 결정된다.
여기서 는 전원의 내부저항과 부하에 전력을 전달하는 회로의 저항을 나타내게 된다.
P
그래프
식을 통해서 RC = RL가 될 때 최대 전력값을 갖게 된다. 이것은 RL의 값을 변화시키면서 전력값을 계산해보면 역시 같은 결과가 나온다. 그 결과를 그래프로 나타내면 아래 그래프와 같다.
2. 실험 방법
우리는 라고 정하였다.
1. 저항 의 저항값을 저항모드로 정확히 값을 측정한다.
2. 전압원을 0V로 맞추고 가변 저항 을 연결하여 아래 그림 2와 같이 회로를 구성한다.
3. 전압원을 10V로 맞춰준다.
4. 을 조절하면서 에 흐르는 전류 를 전류 모드로 측정하고 에 걸리는 전압 V를 전압모드로 측정한다.(에 걸리는 와 V를 각각 20개씩 측정한다.)
5. 에 걸리는 저항값을 저항 측정 모드로 측정한다.
6. 값에 따라서 전력 P를 계산하여 그래프로 그려본다.
7. 에 소비되는 전력값의 최대값이 임을 확인해 본다.
8. 계산값과 측정값을 비교해서 그래프 1와 같은 모양이 나옴을 확인해 본다.
…
4.7
1.4
1.63
2.29
3.73
6
4.7
1.5
1.61
2.41
3.88
7
4.7
1.6
1.58
2.53
3.99
8
4.7
1.7
1.56
2.65
4.13
9
4.7
1.8
1.53
2.76
4.22
10
4.7
1.9
1.51
2.87
4.33
11
4.7
2.0
1.49
2.98
4.44
12
4.7
2.1
1.47
3.08
4.52
13
4.7
2.2
1.44
3.18
4.57
14
4.7
2.3
1.42
3.28
4.65
15
4.7
2.4
1.40
3.38
4.73
16
4.7
2.5
1.38
3.47
4.78
17
4.7
2.6
1.36
3.56
4.84
18
4.7
2.7
1.35
3.64
4.91
19
4.7
2.8
1.33
3.73
4.96
20
4.7
2.9
1.31
3.81
4.99
P
1K
1.5K
2K
2.5K
3.5K
4.7K
3K
3.6W
3.8W
4.4W
4.78W
5.0W
5.1W
5.3W
4. 토의 및 토론
- 위에서 실험 측정값과 결과값을 비교해 보면 에 걸리는 전압과 에 걸리는 전압이 전압분배 법칙에 의해서 동등한 비율로 분배가 되었고 에 저항이 커질수록 에 걸리는 전압 V가 커지는 것을 알 수가 있었다. 이 사실을 통해서 일 때 가장 큰 전력 P가 나오는 것을 수치상으로 확인 후 측정으로도 확인 한 결과 전력 P가 나오는 것을 확인 할 수 있었다.
이러한 결과를 토대로 보면 최대 전력의 전송을 절반의 전력을 낭비하는 것으로 보여진다. 의 값이 높을수록 전력의 효율성이 높일 수 있지만 전력의 수치가 낮아지게 된다. 하지만 그래프와 수치를 보면 알 수 있듯이 지점에서 미세한 차이로 변하는 것을 번외 실험으로 알아보았다. 이 말은 전력 P값을