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전기 회로 실험

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by

은아 고

on 10 December 2013

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Transcript of 전기 회로 실험

일반물리실험 2
실험 3
전기 회로 실험

20131468 양지영
20131407 고은아
목적
1. 휘트스톤 브리지의 구조와 사용방법을 안다
2. 이를 이용해서 미지의 저항값을 측정한다
휘트스톤 브리지란?
2. 휘트스톤 브리지란?
1. 브리지란 무엇인가?
브리지라 함은 영어의 BRIDGE에서 따온 말로 다이아몬드 형의 철교에서 유래된 말이다. 다이아몬드 모양의 사각형의 각변에 저항이나 임피던스를 대칭으로 접속한 전기회로이다
이론1
4개의 변중 한 곳에 미지의 저항을 연결하여 그 값을 측정하는 측정기이다.
이때 사각형의 대각선에 검류계를 연결하여 이를 통해 미지의 저항값을 유추한다.
이론 2
휘트스톤 브리지의 작용원리(1)
회로의 전체전류인 Ic가 D에서 R3와 R4로 흐를때 중간에 설치된 검류계의 값이 0이 된다는 것은 검류계가 접속된 BC구간의 전압이 같아짐을 의미한다. 즉 전위차가 0이되어 전류가 흐르지 않게 된다. B와 C가 등전위점이 되므로 V3=V4가 성립한다
V3=V4
I1'*R3=I2'*R4
V1+V3=V2+V4이므로 V1=V2
I1*R1=I2*R2
KCL회로정리에 의하면
I1'=I1+Ic
Ic=0이므로 I1'=I1
같은 방식으로
I2'=I2
I1/I2=I1'/I2'=R2/R1=R4/R3
이론 3
휘트스톤 브리지의 작용원리 (2)
R1, R2, R3, R4모두 비저항과 단면적 값이 같으므로
R2/R1=R4/R3
=L2/L1
=L4/L3
따라서 미지의 저항을
R4의 위치에 두었다면
그값을 구하기 위한 식은
L4=L3*L2/L1이다
이론4
휘트스톤 브리지의 종류
1. 습동선형 휘트스톤 브리지
2. 다이얼형 휘트스톤 브리지
실험방법 (1)
1. 습동선형 휘트스톤 브리지
(1) 저항의 색띠 읽는 법
실험방법 (1)
(2) 회로의 설계
-미지의 측정하고자 하는 저항을 Rx, 가변저항 상자를 연결할 저항을 Rk라고 한다.
-R1과 R2의 저항값 대신 L1과 L2의 값으로 대체한다.
-밑의 그림과 같이 회로를 설계한다.
-실험에서 Rx의 이론값 즉 Rn을 각각
1k, 2k, 3k옴으로 정하였다.
-가변저항 상자의 값(Rk)을 조정하여 검류계의 측정값이 0이 되도록 한다.

실험방법 (1)
(3) 실험값 기록
-검류계가 0이되는 지점에서의 Rk의 값과 L1/L2의 값을 이용해 Rx의 실험값을 구한다.
-L1/L2=Rk/Rx 이므로 Rx=(L2/L1)*Rk
-Rn의 값을 1k, 2k, 3k 옴으로 기록한다.
저항의 색띠를 읽은 후 오차범위를 표에 기록한다.
-오차범위(%)와 Rn의 값을 곱하여
오차범위저항을 구한다.
-이를 Rn-Rx 즉 이론값과 실험값의 차이값과
비교한다.
(4) 주의 사항
검류계가 0이되는 지점을 찾기위해서는 스위치를 켜서 검류계의 보호저항을 없애야 한다.
실험방법(2)
2. 다이얼형 휘트스톤 브리지
R2/R1의 비례배수
전원용 스위치
검류계용
스위치
Rk의 값
(1) 회로의 설계
실험방법 (2)
2. 다이얼형 휘트스톤 브리지
--R2/R1의 비례배수를 위 실험에서는 100, 10, 1으로 각각 설정하였으므로 중앙에 있는 다이얼을 돌려 100, 10, 1으로 각각 맞춘다.
-Rx연결하는 곳에 저항을 1k, 2k, 3k 옴으로 연결한다.
이는 Rx의 이론값 Rn이다.
-BA버튼을 누르고 GA를 눌러서 검류계의 바늘을 주시한다.
-Rk의 다이얼을 조정하여 전류계값이 0에 근접하도록 한다.


저항 Rx연결
(1) 회로의 설계
(2) 실험값 기록
-Rn의 값을 1k, 2k, 3k 옴으로 기록한다.
-검류계의 값이 0이 될때의 Rk값과 비례상수를 이용해
Rk의 실험값을 구하고 표에 기록한다.
Rx=(R2/R1)*Rk
-실험1과 마찬가지로 저항의 색띠를 읽은 후 오차범위를 표에 기록한다.
-오차범위(%)와 Rn의 값을 곱하여 오차범위저항을 구한다.
-이를 Rn-Rx 즉 이론값과 실험값의 차이값과 비교한다.
실험방법(2)
2. 다이얼형 휘트스톤 브리지
(3) 주의사항
실험결과
1. 인가전압(다이얼형 휘트스톤 브릿지에 가하는 전압)은 1~2V로 해야 한다.
-검류계로 측정할 전류의 크기가 0근처의 μA단위를 가지는 값인데 저항의 크기가 정해져 있으므로 굳이 전압을 크게 할필요가없다.
-전류의 세기가 커지면 실험시에 감전될 수 있다.

2. 검류계로 측정할 때 바늘이 심하게 벗어나지 않도록 한다. 우리 실험에서 사용한 검류계는 +25μA~-25μA의 범위를 가졌으므로 이를 벗어나는 값을 검류계가 측정할 경우에는 검류계에 분류저항을 달아 파손을 방지한다.
3. Rx=(R2/R1)*Rk의 식과 Rx의 이론값을 이용해서 Rk의 대ㄹ략적인 값을 알고 실험을 한다면 좀더 간편하게 실험을 마칠수 있을것이다.
결과 분석 및 토의
1. 오차의 원인
1. 저감도 검류계의 사용
-검류계의 감도가 높을 수록 작은 전위차도 감지할 수 있게 되므로 정확도가 높아진다. 즉 기본단위가 뮤암페어가아닌 nA나 pA인 검류계를 사용했다면 0이되는 지점을 좀더 정확히 파악할수 있었을 것이다.
2. 검류계의 기계상 오류
검류계의 바늘끝이 많이 닳아있었다. 따라서 검류계의 끝값이 정확히 0이 되는지의 여부를 확인하기가 힘들었다.

3.측정하고 자하는 저항을 1k,2k,3k등으로 비교적크게 정한 이유가 있다. 작은 저항을 측정하기 위해서는 등분저항 또한 작게 해야하는데 회로전류에 의한 발열로 내부등분저항이 발생하여 오차가 생겼다
결과 분석 및 토의
2. 조건 변경
1. 검류계 대신 전류계를 썼다면?

검류계 vs 전류계
-바늘이 정중앙에 있어서 전류의 방향도 알수 있다.
-회로의 극성에 맞게 연결해야 정상적인 전류값을 구할 수 있다. 아닌 경우 전류값이 거꾸로 나온다.
-상대적으로 큰 전류값을 구할 때 사용한다.
-상대적으로 작은 전류의
측정범위를 가지고 있다.
이 둘을 갖고 측정할떄 작동하는 방식은 동일하다
따라서 검류계 대신 전류계를 사용한다면 미지의 저항값을 구할 수는 있겠지만 전류의 방향이 바뀌는 지의 여부를 확인해야한다. 전류계를 이용해 측정하는 경우에는 바늘이 반대로 움직인다면 전류계의 연결방향을 바꾸어 연결해야한다. 아닐경우에는 저항값이 달라질것이다.
또한 ㅈ저전전류계에는 여러범위의 전류를 측정할 수 있도록 조정하는 다이얼이있다. 이때 큰범위부터 (10A) 점점 작은 단위로 내려가며 정확한값을 측정해야 한다.
-측정범위를 설정할 수 있다.
참고문헌
1) 습동선형 휘트스톤 브리지
2)다이얼형 휘트스톤 브리지
목차
1. 목적
2. 이론
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 토의
6. 참고문헌
7. 질문

Q&A
1. Halliday, Resnick, Walker/ 일반물리학2/ 9판/ 범한 서적/ 2011/
2. 두산백과
http://terms.naver.com/entry.nhn?docId=1269562&cid=200000000&categoryId=200000817
3. 일반물리실험2 매뉴얼
http://hompi.sogang.ac.kr//physlab/pds/gep2-3_new_revised.pdf
결과 분석 및 토의
2. 실험의 실생활 적용
1. 스트레인 게이지
물체에 응력이 발생하면 변형이 생기는데 이러한 변형률을 저항의 변화로써 측정하는 장치이다. 저항의 변화가 너무 작은경우 이를 휘트스톤 브리지로 비교적 변화의 폭이 큰 전압의 변화로 바꿔서 측정을 한다.
EX) 체중계, MEMS(미세시스템에서 세포의 질량등을 해석하는데 사용된다.)
2. 마이크로 전자회로
저항대신에 다이오드를 이용한 스위치에 쓰임
3. 배의 조타장치
선실에서 방향타를 돌리면 그와 비례해서 키를 돌려줌
결과 분석 및 토의
1.오차의 원인
4. 사람의 눈의 불확실성
사람의 눈으로 측정하다보니 전류가 딱 0이되는 지점을 찾지 못하였다. 그리고 시도를 할때 마다 전류계값이 같은 값을 가르키지 않았고 계속 변화했기에 실험시 어려움을 겪었다.
5.회로의 복잡함
습동선형 휘트스톤 브리지를 실험했을경우 특히 회로가 복잡하다보니 검류계의 0점과 검류계를 연결하는 도선이 수직으로 있었는지의 여보를 확인하기 어려웠다. 실험을 반복하면서 회로가 흐트러졌다.
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