Physics 포스팅
Doyeon0430 | 2024년 01월 10일
이번시간에는 대학물리학에서 진행하는 휘스톤브릿지 시스템 실험에 대해 정리하겠습니다.
저는 대학교 과제를 수행하기 위해 보고서와 레포트를 제작했습니다.
그렇기 때문에 실험에 대한 오차율이 표시될 수 있으니 양해 부탁드립니다.
그럼 지금부터 보고서 정리를 시작하겠습니다.
한 물질의 전도도는 그 물질의 전기적 성질에 관하여 매우 중요한 정보를 제공합니다.
이를 실험적으로 결정하기 위하여 먼저 저항을 정확하고 정밀하게 측정하여야 하며 휘스톤 브리지가 종종 사용됩니다.
그렇기에 본 실험에서는 휘스톤 브리지의 구조와 사용법을 익히며 미지 저항체의 전기 저항을 측정합니다.
휘스톤 브릿지 실험은 미지의 저항을 측정하는 장치입니다.
네 개의 저항체로 구성된 회로이며 두 대각선에 전압을 가하고 다른 두 대각선에서 전압을 측정합니다.
R1과 R2의 저항값은 이미 알고 있으며 R3는 가변 저항으로 저항값을 변화시킬 수 있는 저항입니다.
그렇게 Rx가 측정하려는 미지의 저항입니다.
가변 저항 R3을 적당히 조절해서 검류계에 전류가 흐르지 않으면 B점과 C점의 전위는 같고
A와 B 사이의 전위차와 A와 C 사이의 전위차는 같습니다.
VAB=VAC
또한 B와 D 사이의 전위차와 C와 D 사이의 전위차는 같습니다.
VBD=VCD
여기서 옴의 법칙을 통해 아래와 같은 식을 유도할 수 있습니다.
I1R1 = IxRx / I2R2=I3R3
Ix / I1 = R1 / Rx
I3 / I2 = R2 / R3
전하량 보존 법칙에 의해 전류는 다시 돌아오고 아래와 같이 표기할 수 있습니다.
I1 = I2 / Ix = I3
이제 식에 대입하고 저항값을 구하면 다음과 같습니다.
Rx = R1R3 / R2
가변 저항 R3를 조절하여 휘스톤 브릿지를 평형상태로 만듭니다.
그리고 회로에서 R3를 떼어내어 저항값을 측정하면 식을 이용하여 저항 Rx의 값을 알 수 있습니다.
휘스톤 브릿지는 일반적인 멀티미터보다 정밀하게 저항을 측정할 수 있습니다.
1. 측정용 저항선 전원용 장치
2. 전위차계 제어기
3. 미지저항세트
4. 기지저항세트
5. 직류전원장치
6. 미지저항 측정실험 장치 & 저항선 & 리드선
7. 공학물리실험 (출판사 : 북스힐)
저는 대학교에서 공학물리학및실험 과목을 통해 해당 실험을 진행했습니다.
1. 미지 저항의 저항값을 읽고 기록한다.
2. 직류 전원의 스위치가 열린 상태에서 미지저항 1개를 포함한 회로를 완성한다.
3. 전류가 흐르는 방향으로 측정 리드선을 좌우로 이동하면서 검류계에 전류가 흐르지 않는 위치를 찾는다.
4. 검류계에 전류가 흐르지 않으면 l1과 l2를 측정하고 기록한다.
다음으로 실험에 대한 결과를 정리하겠습니다.
실험실 상황에 따라 오차가 발생한 점 양해부탁드립니다.
1. 휘스톤브릿지 시스템 실험결과
2. 휘스톤브릿지 시스템 실험결과 (엑셀 정리 과정)
추가적으로 엑셀을 이용하여 실험 데이터들을 정확하게 계산했습니다.
스톤 브릿지 실험은 미지의 저항값을 정밀하게 측정하는 데 사용되는 실험입니다.
이 실험은 저항의 비율을 이용하여 미지 저항값을 구하는 방식으로 이루어집니다.
이번 실험을 수행하면서 다음과 같은 어려움을 겪었습니다.
검류계의 지침이 0이 되는 지점을 찾는 것
측정 기구의 오차를 줄이기 것
검침봉과 와이어 접촉을 잘 시켜주는 것
다양한 이유로 오차율이 발생했고 전류가 너무 작으면 오차가 많이 발생합니다.
실험값들은 오차가 큰 경우도 있었으나 와이어의 길이를 이용해 구한 저항값과 검류계로 측정한 저항값과 비슷하게 나왔습니다.
결론적으로 휘스톤브릿지 시스템에서 와이어의 길이와 기준 저항값을 이용해 미지의 저항값을 구할 수 있다고 말할 수 있습니다.
1. 휘스톤 브리지는 의료 분야에서도 다양한 용도로 사용됩니다.
2. 스트레인 게이지에 휘스톤 브리지를 적용하면 변형을 전기 신호로 변환하여 측정할 수 있습니다.
3. 휘스톤 브리지는 전기 회로 설계 및 해석에 사용됩니다.
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