1. 직렬회로와 병렬회로에서 전류의 흐름을 공부한다.
2. 직렬회로와 병렬회로에서 전압을 공부한다.
실험 요지
전기회로에서 전기 소자를 직렬로 연결하면 이들은 같은 전류 값을 가지고 흐르게 된다. 전기 소자를 병렬로 연결하면 각 소자들 사이에 같은 전압 값을 가지게 된다. 이처럼 직렬과 병렬 회로는 서로 다른 기능을 갖는다. 이번 실험을 통해 전압과 전류 센서를 이용한 전기회로를 통해 작동원리를 이해하고, 두 저항의 직렬과 병렬 회로 사이의 차이를 확인하고, 이를 통하여 두 저항의 등가저항(equivalent resistance)을 옴의 법칙을 이용하여 결정한다. 즉, 저항의 접속은 합성저항이 증가하는 직렬접속과 합성저항이 감소하는 병렬접속이 있다. 직렬접속은 저항의 합이 증가하는 것으로 합성저항은 전체를 더한 것과 같다.
실험 방법
과정 1. 직렬회로
1) [일반물리 실험] 폴더에 있는 [02 직렬과 병렬회로.cmbl] 파일을 열고, 메뉴에서 Save As 선택해서 분반과 조가 표시되는 파일명으로 저장하시오. (예, 저항의 직렬00반00조) 'Meter window를 통해 전류와 저항 값을 읽을 것이다.
2) Dual Channel Amplifier에 있는 DIN 1을 LabPro에 연결한다. 마찬가지로 DIN 2도 연결한다. 전압 센서를 Dual Channel Amplifier에 있는PROBE 1에 연결한다. 전류 센서를 PROBE 2에 연결한다. 전원 공급기를 조절할 수 있다면 3V에 맞춘다. 다 연결하고 난 다음에, 맞게 연결이 되었는지 다시 확인해보라. (조에 따라 실험 장비가 다를 수 있으니 조교의 지시에 따르시오.)
3) 전압 센서의 두 전선(빨강, 검정)을 서로 연결하라. Zero 단추를 클릭하고 이 때 Zero all sensors 단추를 누른다. 이것은 전류와 전압이 없을 때 0이 되도록 만든다.
4) 직렬회로를 연결하는데, 저항기 1과 저항기 2에 10Ω 저항기를 이용한다. 전압 센서는 저항기 양쪽의 전압을 재는데 사용됨을 주의하라. 전류 센서의 끝은 전원 공급기의 +극과 연결되어야 한다.
5) 이 부분의 실험에서는 아직 [수집]을 누를 필요는 없다. Meter window를 통해서 언제든지 볼 수 있다. 회로를 완성시키면 전류와 전압이 둘 다 증가할 것이다. 그렇지 않다면 회로를 다시 점검하시오.
6) 회로를 연결해서 전류(I)와 총전압(V)을 데이터표에 기록한다.
7) 전압 센서를 저항기 1의 양 끝단에 연결해서 회로를 만들고 전압(V1)을 읽는다. 값을 데이터 표에 기록한다.
8) 전압 센서를 저항기 2의 양 끝단에 연결해서 회로를 만들고 전압(V2)을 읽는다. 값을 데이터 표에 기록한다.
9) 저항기 2를 50Ω으로 바꾸어서 5～8 과정을 반복한다.
10) 저항기1과 저항기2 둘 다 50Ω으로 바꾸어서 5～8 과정을 반복한다.
과정 2. 병렬회로.
1) 50 저항 두 개를 이용하여 아래의 그림처럼 병렬회로를 연결한다. 앞의 실험처럼 전압 센서는 두 저항기 양 끝단에 걸리는 전압을 재는데 사용한다. 전류 센서의 빨간 끝은 전원 공급기의 +쪽을 향하게 놓는다. 전류 센서는 회로에 흐르는 총 전류는 재는데 사용한다.
2) 과정 1 에서처럼 Meter window를 통해서 언제든지 볼 수 있다. 회로를 완성시키면 전류와 전압이 둘 다 증가할 것이다. 그렇지 않다면 회로를 다시 점검하시오.
3) 회로를 연결해서 전류(I)와 총전압(V)을 데이터표에 기록한다.
4) 전압 센서를 저항기 1의 양 끝단에 연결해서 회로를 만들고 전압(V1)을 읽은 값을 데이터 표에 기록한다.
5) 전압 센서를 저항기 2의 양 끝단에 연결해서 회로를 만들고 전압(V2)을 읽은 값을 데이터 표에 기록한다.
6) 저항기2를 68Ω으로 바꾸어서 13～15 과정을 반복한다.
7) 저항기1과 저항기2 둘 다 68Ω으로 바꾸어서13～15 과정을 반복한다.
과정 3. 직렬과 병렬 회로에서의 전류
1) [일반물리 실험] 폴더에 있는 [02 직병렬회로에서의 전류.cmbl] 파일을 열고, 메뉴에서 Save As 선택해서 분반과 조가 표시되는 파일명으로 저장하시오. (예,직병렬회로에서의전류00반00조) 이 실험에서는 2개의 전류 센서를 사용할 것이다. 두 개의 current vs. time 그래프가 나타난다. 수직축(y-축)은 둘 다 -0.6A ～ 0.6A의 눈금이 있다. 수평축(x-축)은 둘 다 0s ～ 10s 의 눈금이 있다.
2) Dual Channel Amplifier에 있는 PROBE 1에 꽂혀 있던 전압 센서를 분리하고 그곳엔 두 번째 전류 센서를 연결한다.
3) 센서에 아무것도 연결되어 있지 않았을 때, Zero 단추를 클릭하고 Zero all sensors 단추를 누른다. 이것은 전류가 없을 때 0이 되도록 만든다.
4) 10Ω 저항기와 47Ω 저항기를 이용하여 아래의 Figure 4처럼 연결한다. 전류 센서는 두 저항기를 흐르는 전류를 잰다. 전류 센서의 빨간 끝은 전원 공급기의 + 극을 항해야 한다.
5) 이 부분의 실험에서 당신은 각각의 센서에 대하여 시간의 향수로 전류를 측정할 것이다. 회로를 연결하지 않은 상태에서 시작하여 수 초 동안 회로를 연결한다. 측정하기 전에 두 그래프가 어떠한 모양을 할지 생각해 보아라. 당신의 예측을 그래프로 그려 보라. 두 저항이 같지 않다는 것에 주의한다.
6) Collect를 누르고 1초～2초를 기다린 뒤에 스위치를 눌러 회로를 완성하라. 그래프가 완성되기 직전에 스위치를 놓아라.
7) 스위치가 연결된 구간의 그래프를 마우스로 드래그하여 선택한다. Statistics 단추인 □를 클릭하여 전류의 평균값을 구하고 그것을 데이터 표에 기록한다. 두 번째 그래프에서도 같은 방법으로 평균을 구한다.
8) 47Ω 저항기와 68Ω 저항기를 이용하여 아래의 Figure 5처럼 연결한다. 전류 센서는 두 저항에 흐르는 전류를 독립적으로 잰다. 전류 센서의 빨간 끝은 전원 공급기의 +극을 향해야 한다.
9) 측정하기 전에 두 그래프가 어떠한 모양을 할지 생각해 보아라. 당신의 예측을 그래프로 그려보라. 두 저항이 같지 않다는 것에 주의한다. 앞에서와 같이 회로를 연결하지 않은 상태에서 시작하여 수 초 간 회로를 연결하자. 병렬회오의 두 저항이 같지 않다는 것에 주의한다.
10) Collect를 누르고 1～2초를 기다린 뒤에 회로를 연결하라. 그래프가 완성되기 회로의 연결을 끊으시오.
11) 스위치가 연결된 구간의 그래프를 마우스로 드래그해서 선택한다. Statistics 단추인 □를 눌러서 전류의 평균값을 데이터 표에 기록한다. 두 번째 그래프에서도 같은 방법으로 평균을 결정한다.
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