일반물리학 실험 - 축전기의 충전, 방전

축전기의 충전, 방전

[1]목적
축전기의 충전과 방전현상의 관측을 통하여 그 변화가 지수함수를 따르는지 확인한다. 또한 시간 상수의 의미를 확인한다.

[2]원리
두 도체판 사이에 두고 전압을 걸면 은극에는 (-)전하가 양극에는 (+)전하가 같은 크기로 모인다. 이 때 모이는 전하량은 전압에 비례한다. 축전기는 이런 원리를 이용하여 전자회로에서 전하를 충전하거나 방전하는 역할을 한다. 이상적인 평행판 축전기의 경우, 축전기의 전기용량 C의 크기는 면적에 비례하고, 전극사이의 거리 d에 반비례한다. 전극 사이의 유전체의 유전율을 라고 하면, C =A/d 이다.
충전기의 충전하려면 도체판에 기전력 원을 연결해야 한다. 직렬로 축전기를 연결하고 스위치를 닫아 회로를 연결하면 기전력원은 회로에 전류를 흐르게 하고 축전기의 판 위에 +q 와 -q 전하가 나타난다. 축전기에 전하가 쌓이는 것은 전류에 의한 것이므로 전하 축전률은 전류와 같다.
I =dq/dt
기전력 =IR +q/c
=R dq/dt +q/c
dq/dt=(-q/c)/R
dq/(q-c)=-dt/RC
dq =
ln (q -c) =1t /RC
ln (q/c)/-c =-t/RC
(q- c)/- c =
q=c(1-)

, =RC 시간상수 (=축전기에 충전되는 최대전하량)
Q=CV이므로

즉 축전기의 충전실험은 t=0인 순간에 스위치를 닫을 경우 축전기의 전하는 와 같이 변화한다. 이 때, 시간상수는 =RC 이다. 실험에서는 Q=CV를 이용하여 V를 측정하게 된다.

축전기의 방전일 때에는 (전원을 제거한 회로를 구성하면)

지수함수들은 기수를 2로하여 기술 할 수 있다.
(T:반감기,=0.693

*참고문헌: 물리학 ,백과사전, 물리학 실험, 이비에스 내신백서1. 결과

[3] 결과

저항 = 200㏀, 축전지(C) = 100uF
1) 충전

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