[實驗(실험) 레포트 보 고서] 2.축전기와 정전용량(예비+결과)
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작성일 19-01-13 13:30
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여기서 - 는 두 극판 사이에 작용하는 인력을 나타낸다.
4) 고압전원장치의 전원코드를 연결하고 +단자를 상단평판에 - 단자를 하단평판에 각각 리드선으로 연결하고, 고압전원의 다이얼이 맨 왼쪽으로 돌아가 있는지를 확인한다.
6) 고압전원을 켜고 서서히 다이얼을 돌려서 두 극판 사이의 전압을 4kV 정도로 맞춘 후, 이 때 전자저울에 표시되는 질량값을 기록한다. 상단과 하단판의 간격이 약 1cm 정도 되도록 상단고정나사(2개)를 풀어서 밑으로 내리고 두 평판이 수평, 수직으로 정렬 되도록 잘 조절한다.
2) 전…(skip) 자저울을 實驗대 위에 올려놓고 저울 뒤에 있는 원형 수평계를 이용하여 다시 저울자체의 수평을 잡는다.
8) 평행판 시료를 큰 것(r = 75mm)로 교체하고 다시 위의 實驗을 반복한다.
7) 상단 회전 손잡이를 돌려서 두 극판 사이의 거리를 조절하고, 간격을 6mm, 8mm, 10mm, 12mm로 alteration(변화) 시켜가며 위의 측정(measurement)을 반복하고 데이터를 기록한다.
5. 實驗결과
r = 53mm 일 때
d(mm)
측정(measurement)1
측정(measurement)2
측정(measurement)3
평균(average)
理論(이론)치(pF)
오차(%)
전위차(kv)
질량(g)
C1
(pF)
전위차(kv)
질량(g)
C2
(pF)
전위차(kv)
질량(g)
C3(pF)
4
4
-4.08
20.0
6
-9.08
19.8
8
X
X
19.9
19.5
2.05
6
4
-
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다.
평행판 축전기에 대한 정전용량은
이 되고, 따라서 상단 도체판에 축적된 전하량은
q = CV = εoAV/d
이 되며, 이를 이용하여 하단판(q = -εoAV/d)이 받는 힘을 구해보자.
면전하밀도를 σ라 하면 도체판 한 개에 의한 전기장은 E = σ/2εo (∵q = σA = εoE 2A ) 이고 하단 도체판이 받는 힘은
F = (-q)E = -qσ/2εo = -q2/2εoA
여기서 -q 는 하단면의 전하량, E 는 상단면에 의한 전기장이다.
1. 實驗목적
두 도체 사이에 전위차를 가할 때 두 극판에는 똑같은 크기에 반대부호인 전하량이 대전됨을 이해하고, 두 전하량 사이에 작용하는 힘을 이용하여 평행판 축전기의 정전용량을 측정(measurement)하고 理論(이론)적인 수치와 비교해본다. 6kV, 8kV 일 때도 작용하는 힘을 나타내는 질량값을 기록한다.
5) 전자저울을 켜고 상단에 표시된 눈금을 이용하여 두 판 사이의 간격을 4mm로 조정하고 평행을 확인한다.
9) 理論(이론)적인 수치와 측정(measurement)된 수치의 값을 비교하고 오차를 계산해본다. 그러므로 축전기의 정전용량 C는 다음과 같다.
3) 먼저 작은 원판(r = 53mm)을 實驗대의 상단에 돌려서 고정하고 하단부는 리드선을 꼽고 전자저울 위에 올려놓는다. 여기서 εo는 진공중의 유전상수라 하고, εo=8.85 x10-12 의 값을 갖는다.
또는
3. 實驗기구 및 장치
콘덴서 實驗장치, 고압전원장치, 전자저울, 평행판시료(직경 φ = 150mm, 106mm 2종), 고압용 리드선, 수평계, 드라이버, 유전체판 2종(유리판, 아크릴판 ; 두께 = 3mm)
4. 實驗방법
1) 수평계를 實驗장치 베이스 위에 올려놓고 바닥에 있는 나사를 사용하여 實驗장치 자체의 수평을 맞춘다. 위의 식을 대입, 요점하면
이다.
위의 결과와 같이 축전기의 바깥쪽 전기장은 서로 상쇄되어 전기장이 존재하지 않고, 도체판은 자신이 만들어낸 전기장에 의해 힘을 받지 않는다.
10) 콘덴서판 사이에 유전체가 들어갈 때 차이를 알아보기 위해 유리판을 큰 원판의 하단부에 올려놓고 판 간격을 6mm로 조정하여 정전용량을 측정(measurement)한다.
11) 유리판 대신 아크릴 판으로 대체하고 위의 實驗을 반복한다.
2. 理論(이론)
일정한 간격으로 떨어져있는 두 도체판 사이에 전원장치를 연결하고 전압을 걸면 양 극판에는 크기가 같고 부호가 반대인 전하 q 와 -q 가 각각 형성된다
왼쪽 그림과 같이 가우스 경로를 잡으면 가우스법칙에 의해
εo∮EdA = q
이므로 q = εoEA 가 되고, 전위차 V는
이다.
