현대물리학실험 | 키르히호프(Kirchhoff’s Laws)와 휘트스톤브릿지(Wheatstone bridge)

 

 

 

키르히호프 제1법칙(KCL)

전류의 법칙이라고 불리기도 하는 제1법칙은 노드로 들어오는 전류와 나가는 전류가 같다는 내용이다. 노드(node)란 두 개 이상의 회로 소자가 연결된 지점을 말한다. 들어오는 전류를 (+), 나가는 전류를 (-)로 표현한다. 간단하게 전류의 법칙을 설명할 수 있다.

 

 

 

휘트스톤 브리지

4개의 저항이 사각형의 형태를 이루어진 형태의 회로이다. 일반적으로 미지의 저항 값을 측정하기 위하여 사용한다.

 

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실험 방법

1. 키르히호프 법칙

1) 단자를 알맞게 연결한 후 브레드 보드의 전원을 켜준다.

 

2) 33Ω 저항 두 개를 브레드 보드에 직렬로 꽂아준다.(40～50사이에)

 

3) 선 한 쪽을 각각 +5V와 Ground에 꽂은 후 두 저항의 끝부분에 연결해 준다.(5V에 꽂은 선은 40에 꽂고, Ground에 꽂은 선은 50에 꽂아준다.)

 

4) 디지털 멀티미터에 BANANA에 연결을 한 후 각각 BANANA A 와 BANANA B에 꽂아준다.

 

5) 브레드 보드 판에 BANANA A 와 BANANA B에 선을 꽂고 첫 번째 저항 쪽에 연결해 준다.

 

6) 전압과 전류를 측정할 수 있는 프로그램을 실행하여 첫 번째 저항의 전압값을 측정하고 기록한다.

 

7) 같은 방법으로 두 번째 저항의 전압값을 측정하고 기록한다.

 

8) 다음으로 전류의 값을 측정하기 위해 저항의 위치를 바꿔준다.(35～40에 하나, 45～50에 나머지를 연결해 준다.)

 

9) 멀티미터의 단자 위치도 전류를 측정할 수 있게 바꿔준다.

 

10) 첫 번째 저항의 전류의 값을 프로그램을 이용하여 측정하고 기록한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 각각 40과 45에 연결한다.)

 

11) 두 번째 저항의 전류의 값을 프로그램을 이용하여 측정하고 기록한다.(두 번째 저항을 40과 45사이에 연결한다. BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 45와 50사이에 연결한다.)

 

12) 33Ω 저항 두 개를 브레드 보드에 병렬로 꽂아준다.(45와 50사이에 병렬로 연결한다.)

 

13) 45와 50 양 끝에 전압을 걸어준다.(5V에 꽂은 선은 45에 꽂고, Ground에 꽂은 선은 50에 꽂아준다.)

 

14) 프로그램을 실행하여 첫 번째 저항의 전압값을 측정하고 기록한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 45와 50사이에 연결한다.)

 

15) 같은 방법으로 두 번째 저항의 전압값을 측정하고 기록한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 45와 50사이에 연결한다.)

 

16) 전류를 측정하기 위해 저항 하나는 40과 45사이에 연결하고 나머지 저항은 40과 45에 한 쪽을 연결하고 나머지 한 쪽은 45와 50에 연결한다.(5V에 꽂은 선은 40에 꽂고, Ground에 꽂은 선은 55에 꽂아주고 새로운 선을 이용하여 두 번째 저항의 끝부분에 한 쪽을 연결하고 55에 나머지 한 쪽을 연결한다.)

 

17) 첫 번째 저항의 전류의 값을 프로그램을 이용하여 측정하고 기록한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 45와 50사이에 연결한다.)

 

18) 두 번째 저항의 전류의 값을 프로그램을 이용하여 측정하고 기록한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 45와 55사이에 한 쪽을 연결하고 55에 나머지 한 쪽을 연결한다. 새로운 선을 이용하여 45와 55에 연결한다.)

 

2. 휘트스톤 브리지

1) 80Ω 2개, 100Ω 2개를 이용하여 회로를 구성한다.(40과 50사이에 100Ω 2개를 직렬연결, 80Ω 2개를 직렬 연결하여 이 둘을 병렬로 연결한다.)

 

2) 전류를 확인하기 위해 선을 연결한다.(BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 80Ω 저항 사이, 100Ω 저항 사이에 연결한다.

 

3) 프로그램을 이용하여 전류를 측정하고 기록한다.

 

4) 40과 50사이에 100Ω 저항과 80Ω 저항을 직렬연결하고 나머지 두 저항도 직렬 연결하여 둘을 병렬로 연결한다. 이때 같은 크기의 저항은 마주보게 연결한다.(5V에 꽂은 선은 40에 꽂고, Ground에 꽂은 선은 50에 꽂아주고 BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 100Ω 저항과 80Ω 저항 사이에 연결한다.)

 

5) 40과 50사이에 100Ω저항과 80Ω저항을 직렬연결하고 나머지 저항들은 100Ω저항 앞에 80Ω 저항을 반대로 직렬연결, 직렬 연결한 저항들은 병렬로 연결한다.(5V에 꽂은 선은 40에 꽂고, Ground에 꽂은 선은 50에 꽂은 후 BANANA A 와 BANANA B에 연결한 단자를 100Ω저항과 80Ω 저항 사이에 연결한다.)

 

6) 프로그램을 실행하여 전류의 값을 확인하면 4.에서 구성한 회로의 전류와 다르게 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이를 기록한다.

 

 

[현대물리학실험]키르히호프와 휘트스톤브릿지 레포트