[물리학실험 레포트 보고서] 실험 예비 - 축전지

실험 3. 축전지
실험 목표
저항 - 축전지 회로에서 실험에 의한 시간상수를 구한다.
저항과 축전지의 회로 구성에서 이론적 예측한 값과 실험에 의한 시간상수를 비교한다.
충전, 방전되는 시간 함수로써 축전지의 전위를 구한다.
데이터를 지수함수로 만들고. 고정된 매개 변수 중 하나는 실험적 시간상수와 일치한다.
실험 기구
기본 설정: 컴퓨터, LapPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센 서: 전압 센서
기타 기구: 전선과 클립, 10㎌ 축전지, 저항, 직류 전원 공급기
실험 원리
축전지란 화학에너지와 전기에너지 사이의 전환이 일어날 수 있도록 만들어진 장치이다.
즉 방전반응은 전력이 다 소모되어도 화학반응을 역반응으로 일으켜 충전해서 다시 쓸 수 있고, 충전반응은 전기 에너지를 충전기를 사용하여 화학에너지로 변환시키는 것으로서 방전의 역 반응이다. 1번 바꿀 수 있는 축전지는 1차 전지라고 하고 여러 번 가능한 것은 2차 전지라고 한다. 양과 음의 전극판과 전해액으로 구성되어 있고, 화학작용에 의해 직류기전력을 생기게 하여 전원으로 사용할 수 있…(생략)

1. 그림 1처럼 10 _ ㎌의 축전지와 100 _ ㏀의 저항을 회로에 연결한다. 데이터 표에 저항과 축전지의 값을 허용 오차까지도 기록한다.

2. 전압 센서를 LabPro 에 연결하고, 축전지의 (+)극에 빨간색 단자를 연결하고, 나머지 (-) 극에 검정색 단자를 연결하시오.

3. [일반물리 실험]폴더에 있는 [03.축전지.cmbl]파일을 열고, 메뉴에서 Save As선택해서 분반과 조가 표시되는 파일명으로 저장하시오. (에, 축전지 00반 00조) 그래프의 수직 축은 0에서 4 볼트의 전압 크기, 수평축은 0에서 10초 사이의 시간을 나타낸다.

4. 그림 1에서 설명하는 것과 같은 회로를 만들어서 축전지를 충전시킨다. 전위가 여전히 증가하고 있다면, 화면의 밑 부분에서 전압이 변화하는 것을 볼 수 있을 것이다. 전위가 일정하게 될 때까지 기다린다.

5. Collect 버튼을 눌러 데이터를 수집한다. 전지와 연결된 저항의 단자를 분리해서축전지의 반대편 단자에 연결한다. 축전지가 방전되기 시작하면 화면에 그래프가 그려지기 시작한다. 데이터는 처음의 일정한 값을 보이고. 지수적으로 감소하는 것을 볼 수 있다.

6. 데이터를 수식과 하기 위해서. 비교하고자 하는 부분을 그래프에서 드래그 해서 선택한다. 일정한 부분은 비교하지 않기 위해서 빼내는 과정이다. Analyze 메뉴에서 Curve fit을 선택한다. General Equation에서 지수 함수 A exp (- C X) + B를 선택하고, Try fit 버튼을 누른다. 적절하다면 OK단추를 누른다.

7. 데이터 표에 고정시킨 변수 값을 기록한다. 주의 할 점은 곡선그래프(curve fit)에서 “C`는 축전지용량을 나타내는 ”C`와는 다르다. 앞부분에서의 식V(t) = Ve 에서 축전지 방전에 대한 수학적 방정식과 그래프 방정식과 비교하라. 회로의 방정식 시간상수와 그래프 상수 C와의 관계는 어떤가 앞부분에서의 C값과의 정의를 내릴 수 있는가

8. Store Latest Run을 선택해서, 최근 실행을 저장한다. 이 데이터는 나중 분석에 필요할 것이다.

9.축전지를 모두 방전시키시오(방전하는 방법은 위의 회로를 오랜 시간 유지하거나, 축전지의 두 단자를 서로 연결하면 된다. 이 때 충전이 많이 되어 있으면 qnfRHc이 될 수 있으