일반물리학실험 | R-L-C 회로를 이용한 교류의 인피던스 측정

 

 

 

TIP

 

 

1. 일정한 진동수의 교류전류가 흐르는 R-L-C 직렬 회로의 인피던스를 구한다
2. 교류회로에서 저항, 콘덴서, 코일의 저항 성분인 임피던스를 측정하고, 교류를 구분하는 특성 중 하나인 위상을 측정하여, 임피던스에 따른 위상의 변화를 이해한다.

 

 

 

직류(DC)회로에서 금속 도체 내의 전자는 같은 방향으로 흐른다. 교류 (AC)회로에서는 한 방향으로 잠깐 흘렀다가 방향을 바꾸어 역방향으로 같은 시간동안 흐르고는 다시 방향을 바꾼다. 이러한 변화는 1초에 여러 차례 반복된다. 60Hz의 교류회로에서는 1초에 120번의 방향변화가 일어난다. 이와 같이 교류에서는 전압 E와 전류 I의 순간값은 계속 변한다. 따라서, 전압 E와 전류 I는 다음과 같이 표현할 수 있다.

 

728x90

 

 

실험 방법

1. 실험 과정

1) 적당한 저항과 콘덴서를 명판의 위치에 부착시키고, 코일의 위치에 연결 선으로 쇼트를 시켜 둔다. 명판에 각각의 소자를 연결하여 다음 실험 방법 을 사용한다. 전압을 측정할 때 각각을 다 측정하여야 한다.

 

2) 먼저 R-L회로에서 저항 팩과 코일 팩 중 한 개씩을 각각의 명판 위치 에 꼽는다. 그리고 콘덴서의 위치엔 연결선으로 서로 쇼트 시켜 놓는다. (즉 양 쪽 단자를 한 선의 끝에 꼽는다.)

 

3) AC 전원장치 및 멀티메터를 명판에 연결하고 전원장치의 주파수를 적 당한 위치에 놓는다. 이 때 주파수 카운터를 보면서 주파수를 맞출 수도 있다.(적정 측정 주파수는 10㎐～1㎑ 정도이다. 함수 발생기의 이득 조 절 손잡이를 최고에 놓는 것이 측정하는데 용이하다.)

 

4) 멀티메타를 사용하여 전류를 읽어 기록한다. 그 다음 전원, 저항과 코 일의 전압을 측정하여 기록한다.

 

5) 전원장치의 주파수를 변화시켜 가면서 위와 같이 5～6번 정도 측정한 다.

 

6) 또 다른 저항 팩과 코일 팩을 사용하여 (3), (4)와 같이 실험한다.

 

7) 위의 측정 데이터로부터 E_R : I_t, E_L : I_t, E_t : I_t의 그래프를 그린다.

 

8) 이 그래프의 기울기로부터 저항 R, 인덕턴스 L, 그리고 임피던스 Z = √ R² + (wL)² 값을 구한다.

 

9) 또 E_R² + E_L² = E_t²과 임피던스이 되는가를 확인하고, 위상각 φ를 구하여 R과 L에 걸리는 전압의 위상 차를 구한다. 전압간 의 위상관계를 그리고, 저항R, 유도 리액턴스 X_L = 2πfL 또 임피던스 Z의 관계를 그린다.

 

 

 

[일반물리학실험]R-L-C 회로를 이용한 교류의 인피던스 측정 레포트