[물리학실험 레포트 보고서] 축전기와 정전용량(예비)

공학기초물리-
실험Report
2.축전기와 정전용량
(예비)

1. 실험목적

두 도체 사이에 전위차를 가할 때 두 극판에는 똑같은 크기이면서 반대부호인 전하량이 대전됨을 이해하고, 두 전하량 사이에 작용하는 힘을 이용하여 평행판 축전기의 정전용량을 측정하고 이론값과의 오차여부를 확인한다.

2. 이론

-축전기-
전기장에서도 위치 에너지의 형태로 에너지를 저장할 수 있는 장치.
→충전 : 축전기를 전지에 연결하여 축전기에 전하를 저장하는 현상.
→방전 : 충전과 반대 현상으로 축전기에 저장된 전하가 회로를 통하여 빠져나가 저장된 전 하량이 줄어드는 현상
왼쪽 그림과 같이 가우스 경로를 잡으면 가우스법칙에 의해 εo∮EdA = q 이므로 q = εoEA 가 되고, 전위차 V는

이다. (εo는 진공중의 유전상수,, εo=8.85 x10-12, 유전상수란 전하의 힘을 전달하는 정도를 나타내는 상수)q = CV 관계식에서 평행판 축전기에 대한 정전용량은

(1)

이 된다. (εo: 진공 중의 유전율, A: 극판 면적, d: 극판 사이의 거리)
상단 도체판에 축…(생략)

(2)식을 (3)에 대입하여 정리하면

① 콘덴서 실험장치 ② 고압전원장치(High Voltage Power; DC 25kV)③ 전자저울(0.01g ~300g측정)④ 평행판시료(직경 Ф=150mm, 106mm 2종; 2배의 면적차)⑤ 고압용 리드선⑥ 수평계, 드라이버⑦ 유전체판 2종: 유리판(ε=5.6εo), 아크릴판(ε=2.56εo) ; 두께=3mm

4.실험방법

① 먼저 실험장치 자체의 수평을 맞추기위해 수평계를 실험장치 베이스 위에 올려놓고 바닥에있는 나사를 사용하여 수평을 잡는다.

② 전자저울을 실험대위에 올려놓고 저울 뒤에 있는 원형 수평계를 이용하여 다시 저울자체의 수평을 잡는다.

③ 먼저 작은 원판(r=53mm)을 실험대의 상단에 돌려서 고정하고 하단면 부는 리드선을 꼽고 전자저울 위에 올려놓는다. 상단과 하단판의 간격이 약 1cm 정도 되도록 상단고정나사(2개)를 풀어서 밑으로 내리고 두 평판이 수평, 수직으로 정렬 되도록 잘 조절한다.

④ 고압전원장치의 전원코드를 연결하고 (+)단자를 상단평판에 (-)단자를 하단평판에 각각 리드선으로 연결한다. 고압전원의 다이알이 맨 왼쪽으로 돌아가 있음을 확인, 아직 전원을 켜지 않는다.

⑤ 전자저울을 켜고 상단에 표시된 눈금을 이용하여 적당한 기준점을 잡은후, 두 판사이의 간격을 4mm 로 조정하고 평행을 확인한다.

⑥ 고압전원을 켜고 서서히 다이얼을 돌려서 두 극판사이의 전압을4kV 정도로 맞춘다. 이때 전자저울에 표시되는 질량값을 읽고 데이타를 기록한다. 6kV, 8kV 일때도작용하는 힘을 나타내는 질량값을측정하고 기록한다.

⑦ 상단 회전 손잡이를 돌려서 두 극판사이의 거리를 조절하고, 간격을6, 8, 10,12mm로 변화시켜가며 위의 측정을 반복하고 데이타를 기록한다.

⑧ 실험이 끝나면 평행판 시료를 큰 것(r=75mm; 작은판에 비해 면적이 2배)으로 교체하고 다시 위의 실험을 반복하여 측정, 기록한다.

⑨ 이론치, 와 측정치, 의 값을 비교하고 오차를 계산해본다.

⑩ 콘덴서판 사이에 유전체가 들어갈 때 차이를 알아보기 위해 유리판을 큰 원판의 하단부에 올려놓고 판 간격을 6mm로 조정하여 정전용량을 측정해 보자.

⑪아크릴판 에 대해서도 위의 측정을 반복해보고 아크릴판의 유전율도 계산해 본다.