[일반물리학 실험] R-C 시상수측정

[일반물리학 실험] R-C 시상수측정

1. 목적
직류전원에 의해 축전기에 전하가 충전되는 양상을 관찰하고, R-C 회로의 전기적 특성을 대표하는 시상수를 측정하여 축전기의 직력, 병렬연결에 대한 등가 전기용량을 알아본다.

2. 이론
축전기와 전기저항으로 구성된 R-C 회로에 키르히호프(Kirchhoff) 제2법칙을 적용하면

이 된다. 기전력 E의 전지로 충전할 경우와 완전 충전 후(축전기 양단 전위차가 E일 때) 전지 없이 방전시킬 경우 축전기 양단 전위차 (또는 축전기에 충전되는 전하량 )의 시간에 따른 변화는 각각 다음과 같다.

여기서 는 R-C 회로의 시간상수이다.

3. 실험 방법

이 실험은 R-C 회로에서의 축전기의 작용을 확인하는 것이다.

A. 충전과 방전
(1) 그림 Ⅲ-20과 같이 되도록 100k 전기저항과 100uF 축전기를 건전지와 함께 회로판에 연결한다.
(2) 스위치(switch)를 끊어 놓은 채로 축전기의 양단(B 와 C)을 전선으로 연결함으로써 축전기를 완전 방출된(전위차 0V) 상태가 되도록 한다.
(3) 스위치를 연결하고 전압계에 나타나는 전위차의 변화를 관찰한다.
(4) 축전기에 완전히 충전된 후(전위차의 변화가 더 이상 없을 때) 스위치를 끊고 이때 전위차의 변화가 거의 없는 것, 즉 충전된 전하가 빠져나감이 없음을 확인한다.
(5) 점 A와 점 C를 전선으로 연결하고 충전된 전하가 방전함에 따라 나타나는 축전기 양단의 전위차의 변화를 관찰한다.
(6) 과정 ② ~ ⑤의 과정을 되풀이하여 충전과 방전에 따른 변화를 익힌다.
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