Physics 포스팅
Doyeon0430 | 2024년 01월 15일
이번시간에는 대학물리학에서 진행하는 직렬병렬회로 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.
직렬 및 병렬 연결에서 전압, 전류 및 저항 사이에 옴의 법칙을 확인한 후 저항 값을 측정합니다.
직렬병렬회로 실험 원리는 전기 회로에서 옴의 법칙을 이해하는 데 중점을 둡니다.
직렬 회로에서는 부품이 연속적으로 연결되어 각 부품을 통한 전류가 동일하며 총 저항은 개별 저항의 합입니다.
병렬 회로에서는 부품이 동일한 전압원에 걸쳐 연결되어 다양한 전류 경로가 가능합니다.
여기서 총 저항은 가장 작은 개별 저항보다 작아 이 원리는 전기 회로의 기능을 분석하고 전기 시스템을 설계하고 문제를 해결하는데 기본적입니다.
저항은 전기 회로에서 전류의 흐름을 제한하는 속성입니다.
이는 재료가 전기를 전도하는 정도에 따라 달라지며 옴(Ω) 단위로 측정됩니다.
저항은 전기 장치가 과도한 전류로부터 보호받게 되고 회로 내의 전류 흐름을 제어하여 장치가 올바르게 작동하도록 합니다.
저항의 크기는 재료의 종류, 크기, 온도 등에 의해 결정됩니다.
옴의 법칙에 따라, 저항은 전압을 전류로 나눈 값으로 계산될 수 있습니다.
R = V / I
직렬회로에 대한 계산을 설명해 보겠습니다.
2Ω, 4Ω인 저항 두 개는 6Ω인 저항 한 개로 볼 수 있습니다.
n개의 저항이 직렬연결되어 있는 경우 이 직렬연결의 총 저항은 아래와 같습니다.
Rs = R1 + R2 + R3 + …
병렬회로에 대한 계산을 설명해 보겠습니다.
2Ω, 4Ω인 저항 두 개는 3/4Ω인 저항 한 개로 볼 수 있습니다.
n개의 저항이 병렬연결되어 있는 경우 이 병렬연결의 총 저항은 아래와 같습니다.
1 / Rp = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3 + …
전류는 전하의 흐름으로 정의되고 전자와 같은 전하가 있는 입자가 움직일 때 전류가 발생합니다.
전류의 단위는 암페어(A)로 일반적인 기호는 I로 표시됩니다.
전류는 전기 회로에서 매우 중요한 역할을 하고 전기가 흐르는 경로를 따라 전자 장치의 기능을 가능하게 합니다.
전류의 크기는 전압과 저항에 의해 결정되고 옴의 법칙에 따라 계산할 수 있습니다.
I = dQ / dt
전위는 전기장 내의 두 점 사이의 전기적 잠재 에너지 차이입니다.
이를 전압이라고도 하며 볼트(V) 단위로 측정됩니다.
전위는 전기 회로에서 전하를 한 지점에서 다른 지점으로 이동시키는 데 필요한 힘 또는 에너지의 양을 나타냅니다.
높은 전위에서 낮은 전위로 전하가 이동할 때, 전류가 발생합니다.
예를 들어, 배터리의 양극은 높은 전위를 가지고 음극은 낮은 전위를 가집니다.
여기서 이 전위 차이가 전류를 생성하여 회로를 통해 전하를 이동시킵니다.
전위는 전기 장치의 작동 원리를 이해하는 데 중요한 개념입니다.
∆V = Vf - Vi = Uf / q - Ui / q = ∆U / q
1. AC/DC Electronis Lab Board / Digital Multimeter / 직류전원 공급장치
2. 색코드 저항표
3. 공학물리실험 (출판사 : 북스힐)
저는 대학교에서 공학물리학및실험 과목을 통해 해당 실험을 진행했습니다.
참고로 북스힐의 공학물리실험책을 토대로 실험을 진행했습니다.
대학 교재로도 사용할 만큼 개념 설명이 잘 되어 있습니다.
1. 직렬회로 실험
1. 색깔 저항을 골라서 직렬로 연결하고 전선 스위치를 차단한다.
2. 이 회로는 저항이 연결되어 있으므로 이 회로에 흐르는 전류 IS를 옴의 법칙에 의하여 계산한다.
3. 멀티미터로 전원 전압 Eb를 측정하고, 색 코드로 읽은 R1, R2, R3를 사용하여 RS를 계산하면 IS가 계산된다.
4. 위의 계산 값으로 전류계 및 전압계가 적합하게 선정되었는가를 확인하고 식의 계산 값을 결과 보고서에 기록한다.
5. 회로에 흐르는 전류 IS와 전원전압 Eb를 기록한다.
6. 전압계로 R1, R2, R3에 의한 전압강하 V1, V2, V3의 실험치를 측정하고 계산한다.
7. 옴의 법칙에 의하여 Rs, R1, R2, R3의 실험치를 계산하고 기록한다.
2. 병렬회로 실험
1. 색깔 저항을 골라서 병렬로 연결하고 전선 스위치를 차단한다.
2. 색 코드로 읽은 저항 값과 아래의 식을 이용하여 병렬 연결의 등가 저항을 Rp를 계산한다.
3. 테스터로 전압 Eb를 측정하고, 식에 의하여 Ip를 계산하여 기록한다.
4. 전압 Eb와 전류 IP를 측정하여 기록한다.
5. Eb와 IP의 측정치를 옴의 법칙에 대입하여 RP를 계산하고 기록한다.
6. 스위치 K를 off로 하고 B, C사이에 R1과 전류계를 연결한다. 스위치 K를 On으로하고 전류 I1을 측정하여 이로부터 R1을 구하고 기록한다.
7. 같은 방법으로 R2, R3를 구하고 기록한다.
다음으로 실험에 대한 결과를 정리하겠습니다.
실험실 상황에 따라 오차가 발생한 점 양해부탁드립니다.
실험 결과는 오차율이 발생했지만 대부분의 경우 이론과 잘 일치하는 것으로 나타났습니다.
직렬 연결에서는 전압이 저항의 값에 비례하여 증가하는 것으로 관찰되었습니다.
병렬 연결에서는 전류가 저항의 역수에 비례하여 증가하는 것으로 관찰되었습니다.
또한 오차의 원인을 조사하며 오차를 줄이기 위해서는 다음과 같은 방법을 고려할 수 있습니다.
회로의 기타 저항을 최소화하는 것
전류를 적게 흘려 전류에 의한 온도 상승을 줄이는 것
저항의 허용오차가 작은 저항을 사용하는 것
직렬병렬회로 실험에서는 위와 같은 요인들을 고려하여 실험을 수행하는 것이 중요합니다.
1. 전자제품 설계
2. 전기장치의 유지 보수
3. 전기 에너지의 효율적 사용
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