일반물리학 실험 - 휘스톤 브릿지 실험

휘스톤 브릿지

1. 실험목적
한 물질의 전도도(또는 비저항)는 그 물질의 전기적 성질에 관하여 매우 중요한 정보를 제공한다. 이를 실험적으로 결정하기 위하여 먼저 저항을 정확하고 정밀하게 측정하여야 한다. 이를 위하여 휘스톤브릿지가 종종 사용된다. 본 실험에서는 휘스톤 브릿지의 구조와 사용법을 익히고, 미지 저항체의 전기저항을 측정한다.

2. 이론및 원리

①휘스톤 브릿지의 기본원리

전류는 전위가 높은 곳에서부터 낮은 곳으로 흐른다. 그림 1에서 (b)와 (d)사이에 전위차가 없다면 (b)와 (d)사이에는 전류의 흐름이 없게 된다. 즉, 검류계(G)를 통해 흐르는 전류가 0인 경우에 (a)에 (d)까지의 전위차가 같으므로
(1)
이다. 마찬가지로 (b),(c)와 (b),(d)의 전위차도 동일하므로,
(2)
와 같이 쓸 수 있다. (b)와 (d) 사이의 전류 흐름이 없는 경우,

, (3)
이므로, 식 (1)~(3)을 이용하면 다음 식을 얻는다.
(4)
식 (1)과 식 (4) 로부터 다음 식을 얻을 수 있다.

즉,

이 된다. 따라서 세 개 저항의 저항값을 알면, 나머지 하나의 미지 저항값을 구할 수 있다.

②슬라이드 와이어형 휘스톤 브릿지의 원리

저항은 그 저항체의 단면적 A에 반비례하고 길이 L에 비례하므로, 그 물체의 고유특성인 비저항 를 도입해서 다음과 같이 나타낼 수 있다.

그림 2의 아래 부분에 있는 와이어를 검침봉이 과 의 두 부분으로 나눈다고 생각하자. 각각의 저항을 와 라고 하면 다음과 같다. 기준 저항은 이고, 미지 저항은 로 한다.

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