일반물리학실험 | 교류 회로에서의 축전기와 유도기

 

 

 

 

 

TIP

 

 

교류 회로에서 축전기와 유도기의 역할을 알아보고, 축전기 또는 유도기가 있을 때 전압과 전류의 위상차를 알아본다.

 

 

 

교류 회로

교류 전기를 공급하는 교류 전원과 회로 소자들로 구성된다. 교류 전원의 출력은 사인파 모양이며 시간에 따라 다음과 같이 변화한다. 이 때 v는 순간 전압, Vmax는 교류 전원의 최대 전압, f는 진동수이다.

 

 

 

 

순수 저항 회로에서 전류와 전압은 시간에 따라 동일하게 변하기 때문에 서로 보조를 맞춘다. 전류와 전압이 동시에 최댓값에 도달하므로 전류와 전압은 위상이 같다고 한다.

 

 

교류 회로에서 시간에 대한 축전기 양단의 전류와 전압

 

 

축전기가 있는 교류회로에서는 전류와 전압이 동일하게 변하지 않는다. 축전기 양단에 전압이 걸리면, 교류 전압은 전류가 최댓값에 도달하고 시간이 약간 지나서 최댓값에 도달한다. 이 때 걸리는 시간은 1/4주기만큼이다. 이렇게 축전기 양단의 전압이 전류보다 1/4주기 느린 것을 축전기 양단의 전압은 전류보다 항상 90° 지연된다고 한다. 교류 회로에서 전류에 대한 축전기의 방해 효과를 나타내는 것이 용량 리액턴스(Xc)이다. 용량 리액턴스의 단위는 Ω(옴)이다.

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 인터페이스 장치를 컴퓨터에 연결하고, 인터페이스 장치와 컴퓨터를 켠다.

 

2) 바나나 플러그 패치 코드를 인터페이스 장치의 Output Jack에 연결한다. 빨간색 코드는 양극에 연결하고, 검은색 코드는 접지에 연결한다.

 

3) DataStudio를 실행한다.

 

4) 실험 설정 창의 Signal Generator에서 파형은 사인파, 진폭은 4V로 설정한다.

 

5) 결과 그래프를 세 개가 나타나도록 한다. 그래프의 세로축은 각각 전압센서A가 측정한 전압, 전압센서B의 전압, 입력 전압, 그리고 가로축은 시간을 나타내도록 한다.

 

6) 회로도와 같이 저항기와 축전기를 설치하고, 전압센서를 연결한다.

 

 

 

 

7) 시작 버튼을 클릭하여 측정을 시작한다. 결과 그래프에서 축전기 양단의 전압이 최대인 부분과 저항기 양단의 전압이 최대인 부분을 구한다. 그리고 두 점 사이의 시간을 구한다.

 

8) 축전기 대신 유도코일을 설치해서 실험 해 본다.

 

9) 실험에서 구한 값을 이용하여 실험결과표를 작성한다.

 

 

 

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