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[물리학실험 레포트 보고서] 축전기와정전용량결과

결과분석
이번 실험은 축전지의 전기용량을 이론적으로 계산한 값과 실험적으로 구한 값을 비교하는 실험이었다.
실험결과를 살펴보면 전체적으로 원반의 크기가 클 때가 원반의 크기가 작을 때 보다 오차가 더 적다는 것을 알 수 있으며, 원반의 크기가 클 때는 거리에 따른 규칙성을 찾을 수 없지만 원반의 크기가 작을 때는 원반 사이의 거리가 멀어질수록 오차가 적어진다는 것을 알 수 있다.

토의 및 건의사항 _오차에 대한 논의

` 실험오차의 원인 `

① 두 원반이 평행하지 않았다.
저울의 수평을 맞추어 놓아도 원반을 올려놓게 되면 저울의 받침대와 함께 기울어져서 위쪽 판과 아래쪽 판이 평행을 이루지 못했다. 전위차는 두 판이 평행하다는 전제하에 전기장을 거리에 따라 적분함으로써 얻어지는 것인데, 두 판이 평행하지 않을 경우 힘이 다르게 전달되어 오차가 생길 수밖에 없다.

② 두 판이 위에서 봤을 때 정확하게 겹치지 않아서 오차가 생겼다. 즉, … 결과분석
이번 실험은 축전지의 전기용량을 이론적으로 계산한 값과 실험적으로 구한 값을 비교하는 실험이었다.
실험결과를 살펴보면 전체적으로 원반의 크기가 클 때가 원반의 크기가 작을 때 보다 오차가 더 적다는 것을 알 수 있으며, 원반의 크기가 클 때는 거리에 따른 규칙성을 찾을 수 없지만 원반의 크기가 작을 때는 원반 사이의 거리가 멀어질수록 오차가 적어진다는 것을 알 수 있다.

토의 및 건의사항 _오차에 대한 논의

` 실험오차의 원인 `

① 두 원반이 평행하지 않았다.
저울의 수평을 맞추어 놓아도 원반을 올려놓게 되면 저울의 받침대와 함께 기울어져서 위쪽 판과 아래쪽 판이 평행을 이루지 못했다. 전위차는 두 판이 평행하다는 전제하에 전기장을 거리에 따라 적분함으로써 얻어지는 것인데, 두 판이 평행하지 않을 경우 힘이 다르게 전달되어 오차가 생길 수밖에 없다.

② 두 판이 위에서 봤을 때 정확하게 겹치지 않아서 오차가 생겼다. 즉, 두 판이 갖게 되는 면적 A와 우리가 계산한 A가 다를 수 있다는 점이다. 위쪽에서 봤을 때 정확하게 겹쳐야 우리가 계산한 A를 알맞게 사용할 수 있지만, 두 판이 정확하게 겹치지 않아 A값이 줄어들어 실험값의 C값이 달라지면 이것이 오차의 원인이 될 수 있었다. 면적이 큰 판이 면적이 작은 판에 비해 오차가 작아지는 경향도 여기에서 그 이유를 찾을 수 있다. 면적이 커질수록 원래 판의 면적에 비해 두 판이 어긋나는 면적의 비율이 작아진다는 점이다. 전체에 비해 어긋나는 면적이 작아지면서 오차가 작아지게 되는 것이다.

③ 도체판 사이의 거리 측정시 오차가 발생하였다.

④ 유전상수의 오차.

⑤ 판의 면이 고르지 않았다.

⑥ 유전체판의 영향을 살펴보기 위해선 두 도체판 사이에 유전체판이 딱 맞게 들어간 상태에서 실험을 해야 했으나 그렇게 하지 못했다. 유리판과 아크릴판을 아래쪽 도체판 위에 올려놓고 그 위에 3mm의 공기를 더 끼워놓고 실험을 했다. 이론값을 계산할 때 유전체판의 유전율을 가지고 계산을 했으며 거리는 유전체판의 두께가 아닌 유전체판+공기의 두께로 계산을 해서 오차의 원인을 실험 스스로가 만든 것 같다.

`오차의 해결 방안`

① 저울의 받침대가 불안정하게 고정되어 있어 도체판을 올려놓으면 쉽게 기울어졌다. 받침대가 고정되어있는 저울을 사용하면 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다.
② 위아래 도체판을 맞출수 있는 지지대를 설치하면 이러한 오차를 줄일 수 있을 것이다. 마찰이 최소화된 지지대를 먼저 고정한 후 두 판을 설치하면 판 사이의 거리를 넓혀도 이러한 오차는 생기지 않을 것이다.

③ 자의 눈금을 보면 그 눈금의 두께가 굉장히 두껍다는 것을 알 수 있다. 이번실험은 실험 단위에서도
알 수 있듯이 실험의 단위가 피코까지 내려가는 실험이다. 즉 아주 작은 오차가 실험결과에 엄청난 영향을
미칠 수 있다는 것이다. 정확히 4mm라고 생각했던 수치도 실제로 눈금의 두께 때문에 4mm를 훨씬 넘거나 4mm에서 훨씬 작게 될 수 있다는 것이다.

④ 이론값을 계산하기 위해 사용한 유전율은 진공상태에서의 유전율이다. 하지만 우리가 실험을 한 조건은 진공이 아니다. 즉 공기가 유전율에 영향을 미칠 수 있는데 우리는 이것을 고려하지 않았기 때문에 오차가 발생할 수밖에 없었다.

⑤ 우리가 실험에 이용한 판은 가운데 3부분에 나사가 박혀 있어서 판이 편편하지 않았다. 실험에서 원반사이의 거리가 멀어질 수록 오차가 줄어드는 결과가 나온 것은 거리가 멀어짐에 따라 이 오차의 영향이 줄어들었던 것이라 생각된다. 두 판이 가까이 있을 때는 전체 거리에 비해 두 판의 사이의 불균등한 거리의 차가 심해서 오차가 커질 수 있다. 하지만 두 판의 거리가 멀어짐에 따라 그 차가 전체 거리에 비해 작아지면서 오차가 줄어드는 것을 알 수 있었다.

⑥ 유리나 아크릴이 도체판에 딱 맞게 끼워진 실험도구가 필요할 것이다. 실험자가 손으로 도체판 사이에 유리나 아크릴 판을 끼워 넣는다 해도

자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?xid=a&kid=b&pk=18050390&sid=tjr6155&key=

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