실험 제목 : RC 회로의 시상수 측정
실험 목적 : 전류가 저항을 통하여 축전기에 충전과 방전되는 과정을 실험으로 관찰하고, 회로의 RC시상수의 의미를 이해한다.
실험 원리
1. 충전과정
다음과 같은 회로에 스위치 S를 위치 a로 하였을 경우 알아보자
X점에서 출발하여 회로를 시계방향으로 폐회로 정리를 적용하면 이 된다. 이들 사이에 와 같은 관계가 있으므로 대입해 풀어나가면 시간에 대해 미분해 시간에 따라 변화하는 전류를 구할 수 있다.
가 나온다. 따라서 축전기에 걸리는 전압은 이다. RC의 곱은 시간의 차원을 가지고 있어야 한다. 이 값을 용량성 시상수라 하며 축전기가 충전을 완전히 하였을 때의 배, 즉 63.2%가 충전 되었을 때의 시간을 말한다.
실험 방법
1. 충전과정
● 그림의 회로를 구성한다. 전해 축전기는 극성이 있으므로 축전기에 표시되어 있는 극성에 맞게 주의해서 연결한다.
● 이때 스위치를 B로 두어 축전기의 전하가 R2를 통해 완전히 방전되도록 한다. 이때 전압계의 눈금은 0V를 가리킨다.
● C와 R1 값을 이용해 RC 시상수를 계산해라.
● 축전기에 충전이 된다고 가정하고, 시상수의 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6배 되는 시에 축전기에 걸리는 전압을 계산하고 그림에 점을 찍은 후 대략적으로 그래프 모양을 완성한다.
● 스위치를 A로 한 후부터 초시계를 정지하고 시간을 기록한다.
● 다시 스위치를 B로 한 후 전압이 0V가 될 때까지 축전기를 방전시킨 후 윗 실험을 4회 반복한다.
● 측정된 시간을 평균하고 실험 세 번째에서 계산한 시상수
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2013.08.06
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