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[자연과학] 물리 실험보고서 - 키르히호프의 법칙 실험

물리 실험보고서 - 키르히호프의 법칙 실험

1) 실험 목적
여러 개의 고리로 된 회로에서 흐르는 전류와 전압을 계산하고 키르히호프의 법칙을 이해한다.

2) 실험기구 및 장치
키르히호프의 법칙 실험기, 테스터, 색 코드 된 저항체, 건전지(2ea)

3) 실험 이론
여러 개의 전기 저항과 전원이 연결된 복잡한 회로에서 각 부분을 흐르는 전류와 전압 사이에는 다음과 같은 키르히호프의 법칙이 성립한다.

제1법칙 : 전류가 흐르고 있는 여러 개의 회로가 한 점에서 만날 때 이 점에 흘러들어오는 전류의 총 합은 그 점에서 나가는 전류의 총 합과 같다. 그림1에서 점으로 들어오는 전류는 , 이고, 흘러 나가는 전류는 이므로 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

이것은 전기 회로에서 전류가 흐를 때 전하가 보존됨을 나타낸다.

제2법칙 : 임의의 닫힌 회로에서 그 회로에 있는 전지의 기전력의 대수합은 그 회로에 있는 저항에 의한 전압강하의 대수합과 같다...물리 실험보고서 - 키르히호프의 법칙 실험

1) 실험 목적
여러 개의 고리로 된 회로에서 흐르는 전류와 전압을 계산하고 키르히호프의 법칙을 이해한다.

2) 실험기구 및 장치
키르히호프의 법칙 실험기, 테스터, 색 코드 된 저항체, 건전지(2ea)

3) 실험 이론
여러 개의 전기 저항과 전원이 연결된 복잡한 회로에서 각 부분을 흐르는 전류와 전압 사이에는 다음과 같은 키르히호프의 법칙이 성립한다.

제1법칙 : 전류가 흐르고 있는 여러 개의 회로가 한 점에서 만날 때 이 점에 흘러들어오는 전류의 총 합은 그 점에서 나가는 전류의 총 합과 같다. 그림1에서 점으로 들어오는 전류는 , 이고, 흘러 나가는 전류는 이므로 이들 사이에는 다음과 같은 관계가 성립한다.

이것은 전기 회로에서 전류가 흐를 때 전하가 보존됨을 나타낸다.

제2법칙 : 임의의 닫힌 회로에서 그 회로에 있는 전지의 기전력의 대수합은 그 회로에 있는 저항에 의한 전압강하의 대수합과 같다. 그림1의 전기회로는 두 개의 닫힌 회로로 나누어 생각할 수 있다. 구대의 회로는 다음과 같은 관계가 성립한다.
닫힌 회로 ABDA에서

닫힌 회로 CBDC에서

이것은 전기회로에서 전지의 기전력이 공급한 에너지와 저항에서 소비한 에너지는 서로 같아야 한다는 것을 의미한다. 또한 폐회로 내에서 모든 기전력 의 대수적인 합은 동일한 폐회로 내의 모든 저항에서의 전압 강아()의 대수적인 합과 같다. 즉,

이다. 이는 에너지 보존의 법칙에 해당한다.

4) 실험 방법
1. 키르히호프의 법칙(회로1)
①그림2와 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 모르는 색깔 저항을 골라 각각의 자리에 연결한다.
②회로에서 들어오는 전류와 흘러 나가는 전류 에 전류계를 연결하여 각 점에서의 전류를 기록하고, 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지 확인한다. (제1법칙) 및 점에서도 같은 실험을 반복한다.
③ 및 의 저항값을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해서 키르히호프 제2법칙을 확인한다.
위의 두 식을 , 에 대하여 연립하여 풀면 다음과 같다.
과정②에서 측정한 전류 값과 위의 식으로 계산한 값이 같다면 키르히호프 제2법칙이 성립하는 것이 된다.

2. 키르히호프의 법칙(회로2)

①그림3과 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 모르는 색깔 저항을 골라 각각의 자리에 연결한다.
②회로에서 들어오는 전류와 흘러 나가는 전류 에 전류계를 연결하여 각 점에서의 전류를 기록하고, 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지 확인한다. (제1법칙) 및 점에서도 같은 실험을 반복한다.
③ 및 의 저항값을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해서 키르히호프 제2법칙을 확인한다.
위의 두 식을 , 에 대하여 연립하여 풀면 다음과 같다.
과정②에서 측정한 전류 값과 위의 식으로 계산한 값이 같다면 키르히호프 제2법칙이 성립하는 것이 된다.

3. 키르히호프의 법칙(회로4)
①그림4과 같이 회로를 구성한다. 전지, 값을 모르는 색깔 저항을 골라 각각의 자리에 연결한다.
②회로에서 들어오는 전류와 흘러 나가는 전류 , 의 값을 기록하고 들어오는 전류와 나가는 전류가 같은지 확인한다. (제1법칙) , 및 점에서도 같은 실험을 반복한다.
③, 및 의 저항값을 기록하고 건전지의 전압을 측정, 기록한다. 이 값을 이용해서 키르히호프 제2법칙을 확인한다. 위의 회로에서는 두 회로로 나누어 생각할 수 있다.

(바깥쪽 회로)
(안쪽의 오른쪽 회로)
위의 식을 연립해서 풀면 , , 는 다음과 같이 구해진다.

과정②에서 측정한 전류 값과 위의 식으로 계산한 값이 같다면 키르히호프 제2법칙이 성립하는 것이 된다.

5) 결과 분석

1. 키르히호프의 법칙(회로1)
키르히호프 제1법칙
들어오는 전류
나가는 전류
들어오는 전류와 나가는 전류의 차
1회 ~ 5회
5
5
5
5
0
평균
5
5
5
5
0
키르히호프 제2법칙

1회 ~


자료출처 : https://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=14012901&sid=leesk55&key=



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