2008년 2학기 경북대학교 전자전기컴퓨터학부

기초물리학실험2 제 4장 결과보고서

실험 제 4장 : 커패시터와 커패시터 회로 (기초전자공학실험4)

이종현 교수님

공대영 조교님

실험자 : 조장 : 학번 2008037365, 이름 조찬호

조원 : 학번 2008037383, 이름 최규범

조원 : 학번 2008037377, 이름 차용환

조원 : 학번 2008037371, 이름 진경택

조원 : 학번 2008037359, 이름 조정옥

1.실험의 목표

1) 커패시터의 동작원리, 기능, 규격, 종류 및 사용방법을 설명할 수 있다.

2) 커패시터에서 전압 - 전류 관계를 실험으로 보여 줄 수 있다.

3) 커패시터에서의 전기 일률(전력) 및 축척하는 에너지를 실험으로 보여 줄 수 있다.

4) 커패시터 - 저항 회로에서 충전 및 방전 커패시터 전압 파형과 시정수를 실험으로 보여줄 수 있다.

5) 교류에서 커패시터의 옴의 법칙 확대 적용과 리액턴스 및 임피던스를 실험으로 보여줄 수 있다.

2.실험 장비 및 부품

☑실험실 기본 공구 세트,  ☑실험실 기본 부품 상자,  ☑디지털 멀티미터 2대,  ☑직류 전원 공급기 1대,  ☑함수 발생기,   ☑LCR 미터,  ☑세라믹 커패시터,  ☑알루미늄 전해 커패시터,  ☑탄탈륨 전해 커패시터,  ☑폴리프로필렌 커패시터,  ☑세라믹 칩 커패시터 각 1개,  ☑100[eqn: muF] 전해 커패시터 1개,  ☑무극성 10[eqn: muF] 폴리프로필렌 커패시터 3개,  ☑1/4W 탄소 피막 고정 저항 10[eqn: k OMEGA],  ☑두께 60[eqn: mu m] 폭 280mm 길이 600mm 폴리에틸렌 필름 2장,  ☑폭 250mm 길이 500mm 주방용 알루미늄 포일 2장,  ☑외경 60mm 길이 1m 튜브형 PVC 보빈,  ☑덕 테이프, 300mm[eqn: TIMES]400mm[eqn: TIMES]1mm 알미늄판 2장,  ☑300mm[eqn: TIMES]400mm[eqn: TIMES]1mm 아크릴판 3장,  ☑DPST 스위치,  ☑빵판,  ☑점퍼 전선,  ☑점퍼코드,  ☑삼각자,  ☑버니어 캘리퍼스,       ☑Vernier사 전압프로브,  ☑vernier사 전류 프로브,  ☑LabPro,  ☑Logger pro3, PC.

3.실험 과정 및 분석

실험 4 A. 커패시터 일반

1) 5가지 종류의 상용 커패시터를 준비하고 외형을 사진으로 기록한 후, 그 용량값을 숫자로부터 디코딩하라. 디지털 멀티미터 커패시터 미터모드나 LCR미터로 용량값을 측정 기록하라. 각 커패시터의 숫자를 표 4.1에 기록하라. 디코딩값과 실측값을 비교하라.

폴리프로필렌 커패시터

세라믹 칩

틴탈륨

전해 커패시터

마이카콘덴서

실험에 쓰인 커패시터

표 4.1 커패시터의 용량값 표기 값 읽기 및 실측값 비교

커패시터 일련번호	커패시터 종류명	표시된 숫자	디코딩 용량값 [[eqn: pF]]	디코딩 커패시터값 허용오차 [%]	실측 커패시터값 [[eqn: pF]]	실측 상대오차 [%] 공칭값 기준	허용오차 만족여부 (합격/불합격)	정격전압 [[eqn: V]]
1	폴리프로필렌	106K	[eqn: 10 TIMES 10 ^{6} pF# =10 ^{7} pF]	[eqn: ±10%]	[eqn: 9.76 mu F=# 9.76 TIMES 10 ^{6} pF]	2.4%	합격	250V
2	폴리프로필렌	105K	[eqn: 10 TIMES 10 ^{5} pF# =10 ^{6} pF]	[eqn: ±10%]	[eqn: 9.94 mu F=# 9.94 TIMES 10 ^{6} pF]	0.6%	합격	250V
3	마이카콘덴서	105K	[eqn: 10 TIMES 10 ^{5} pF# =10 ^{6} pF]	[eqn: ±10%]	[eqn: 1.07 mu F=# 1.07 TIMES 10 ^{6} pF]	-7%	합격	250V
4	세라믹 칩	224	[eqn: 22 TIMES 10 ^{4} pF]	[eqn: ㆍ]	[eqn: 0.256 mu F# =0.256 TIMES 10 ^{6} pF# =25.6 TIMES 10 ^{4} pF]	-16.36%	[eqn: ㆍ]	[eqn: ㆍ]
5	틴탈륨 전해 커패시터	[eqn: 1 mu F(M)]	[eqn: 1muF]	[eqn: +-20%]	[eqn: 0.98pF]	2%	합격	50V

5개의 커패시터를 멀티미터를 이용하여, 커패시터의 용량값을 측정 기록 디코딩하였습니다. 이 중 특이점으로, 세라믹 커패시터는 그 오차범위를 표기하지 않으므로, 공칭값에서 오차범위를 알 수 없음을 알 수 있었습니다.

2)커패시터 1개를 절단 해부하여 이것의 단면을 그림으로 그리고 커패시터의 종류를 기록하라. 또 해부된 것에서 2개의 전극판, 유전체, 간격 유지방법 등을 확인하고 평행 평판으로의 역할에 대하여 논의 기록 하라.

저희조는 틴탈륨 전해 커패시터를 절단 하였습니다.

안은 회색빛이 도는  막과 흰색 막이 두루마리휴지처럼 말려있는 형태를 하고 있었습니다. 이론부분에서 알 수 있듯이 회색 빛깔의 판은 평행평판용 금속으로 이용되는 판이고, 옅은색의 막은 유전체 즉, 절연체 역할을 하여 두 금속을 적절히 띄어주어 간격을 유지하는 역할을 하고 있다고 생각해 볼 수 있었습니다.

회색 빛깔의 막

옅은 색의 막

실험 4 B. 커패시터 제작 실험: 양 전극판의 면적, 전극판 간격 변화에 따른 용량값 (폴리 에틸렌 필름 유전체 커패시터)

1)폭 250mm/ 길이 500mm 직사각형 주방용 알미늄 쿡킹포일(foil) 2장, 두께 d=60[eqn: mu m]폭 280mm인 폴리에틸렌 필름 2장, 빵판용 점퍼코드 2개 및 덕테이프로 커패시터 재료를 준비하여, 41[eqn: nF]의 커패시터를 만들라.

리드선

주어진 재로는 두께 d=60[eqn: mu m]폭 280mm인 폴리에틸렌 필름 2장, 빵판용 점퍼코드 2개 및 덕테이프였습니다 이를 이용하여 로  41[eqn: nF]의 커패시터를 만들기 위해 먼저 설계를 하였습니다. [eqn: C= varepsilon _{r} varepsilon _{0} {S} over {d}]이고 [eqn: varepsilon _{0} =8.85 TIMES 10 ^{-12} F/m]  [eqn: varepsilon _{r} =2.24]이고 거리는 폴리에틸렌의 두께[eqn: d=60 mu m]이므로., 따라서 [eqn: 41 TIMES 10 ^{-9} =8.85 TIMES 10 ^{-12} TIMES 2.24 TIMES {S} over {60 TIMES 10 ^{-6}}]이므로, 면적 [eqn: S=0.124m ^{2}]이 되도록 알루미늄호일의 사이즈를 맞추었습니다. 그런다음 비닐로 싸서 PVC 보빈에 감아 제작하였습니다.

다음 LCR미터로 측정한 결과 16.30nF으로 측정되어 60.24%의 상대오차가 발생하였습니다. 이는 어쩔수 없는 문제라고 생각됩니다. 평행커패시터의 두께를  d=60[eqn: mu m]으로 잡았지만, 이는 매우 작은 값으로 두판사이에 공기, 판이 굽혀짐등으로 몇밀리의 간격이 생기면, 이 차이는 원래 설계했던 두께의 수천배가 넘습니다. 따라서 주어진 도구로만 처음 설계했던 커패시터의 용량값를 얻는 것은 매우 힘든 작업이라 생각합니다.

2)마주보는 양 전극판의 면적 [eqn: A]의 변화에 대한 용량값의 변화를 측정해보아라. 유전체의 두께는 1mm로 고정하고 [eqn: A]를 가변하면서 용량값을 측정하라. 300mm*400mm 알미늄판 2장과 아크릴판 1장으로 전부 겹치게 하여, 즉 면적 [eqn: A _{0}]인 평행평판 커패시터를 구성하고 용량값을 측정하라. 마주보는 면적을 절반으로 줄이고 즉 [eqn: {1} over {2} A _{0}]커패시터를 구성하고 또 용량값을 측정하라. 또 [eqn: {1} over {4} A _{0}]로 바꾸고 용량값을 측정하라. 용량값에 대한, 전극판의 면적[eqn: A]의 의존도를 로고프로3그래프로 그리고(가로축:전극판의 면적, 세로축:커패시터의 용량값) 비례관계를 분석해보아라.

판의 면적 120000[eqn: mm^2]일 때의 면적을 [eqn: A_0]라 두고 수집한 데이터는

수집한 데이터를 커프피팅한 그래프

면적	용량값
[eqn: A_0]	1.36[eqn: nF]
[eqn: {1} over {2} A _{0}]	0.89[eqn: nF]
[eqn: {1} over {4} A _{0}]	0.40[eqn: nF]

입니다. 이를 통해 [eqn: C= varepsilon _{r} varepsilon _{0} {S} over {d}]으로 면적이 늘어 날 때마다 커패시터의 용량 값이 증가함을 확인할 수 있었습니다. 데이터에 비해RMSE가 높은데, 그 이유는 41[eqn: nF]커패시터 제작과 같이, 두 판 사이의 간격을 일정하게 두지 못한 문제점으로 생긴것이라 생각됩니다. 즉, 두 판이 평평하지 않으므로, 예상했던 그래프와 조금 차이가 생긴 것 같습니다.

3)유전체의 두께, 즉 전극 간격 d의 변화에 대한 용량값의 변화를 측정하라. 겹치는 면적은 [eqn: A _{0}]로 고정하고, 아크릴판 유전체를 1겹에서 3겹까지 늘리면서 용량값을 측정 기록하라. 설계값과 측정값의 차이를 오차 분석하라. 용량값에 대한 유전체 두께 [eqn: d]의존도를 로고프로3로 그래프를 그리고(가로축:유전체의 두께,  세로축:커패시터의 용량값) 반비례 관계를 분석하라.

수집한 데이터를 커프피팅한 그래프

두께가 1mm 아크릴판을 면적이 120000[eqn: mm ^{2}]인 두 판 사이에 하나, 둘씩 끼워 넣어 간격을 넓혀 데이터를 수집하면

간격	용량값
1	1.36[eqn: nF]
2	0.82[eqn: nF]
3	0.62[eqn: nF]

입니다. 이를 통해 [eqn: C= varepsilon _{r} varepsilon _{0} {S} over {d}] 커패시터의 용량값은 두 평행판 사이의 거리에 반비례함을 커브피팅을 통해서 확인해 볼 수 있었습니다. 여기서도 데이터에 비해 RMSE가 높은데, 이 역시 위의 이유와 마찬가지로 두판 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 없었던 점이 영향을 미친것이라 생각합니다.

실험 4 C. 직렬 연결 커패시터값, 병렬 연결 커패시터 값

1)0.1[eqn: mu F]커패시터 2개를 멀티미터로 각각 측정하고 그 값을 기록하라. 이 2개 커패시터를 직렬 연결 한후 전체 커패시터값을 측정하라. 직렬 연결 관계식으로 구한 값과 측정값을 비교하고 오차를 분석하라.

2)0.1[eqn: mu F]커패시터 2개를 멀티미터로 각각 측정하고 그 값을 가록하라. 이 2개 커패시터를 병렬 연결한 후 전체 커패시터값을 측정해보아라. 병렬 연결 관계식으로 구한 값과 측정값을 비교하라.

샘플1(공칭값=0.1[eqn: mu F])	103.1[eqn: nF]
샘플2(공칭값=0.1[eqn: mu F])	103.5[eqn: nF]
연결	측정값	계산값	계산값 기준 상대오차
샘플1, 샘플2 직렬 연결	51.4[eqn: nF]	51.64[eqn: nF]	0.46%
샘플1, 샘플2 병렬 연결	[eqn: 0.206mu F=206nF]	206.6	0.29%

샘플1, 샘플2의 직렬연결 용량값을 구하는 식은 [eqn: {1} over {C} = {1} over {103.5} + {1} over {103.1} ```````````THEREFORE C=51.4nF]으로 계산 할 수 있었고,

샘플1, 샘플2의 병렬연결 용량값을 구하는 식은 [eqn: C=103.1+103.5=206.6nF]으로 계산 할 수 있었습니다.

이에 대한 상대오차는 각각 0.46%, 0.29%로 계산 되었습니다.

이 측정한 결과를 통해, 병렬의 관계식 [eqn: C= sum _{i=1} ^{n} Ci], 직렬의 관계식 [eqn: {1} over {C} = sum _{i=1} ^{N} {1} over {C _{i}}]이 성립함을 확인해 볼 수 있었습니다.

실험 4 D.저항-커패시터(RC) 직렬회로에서 커패시터 충전/방전 및 시정수

1)저항-커패시터(RC) 직렬회로에서의 커패시터 충전 및 방전 실험회로를 구성하라. 저항은 [eqn: 1k OMEGA]탄소 피막저항으로, 커패시터는 100[eqn: mu F] 알루미늄 전해 커패시터로 구성하라. 저항값과 커패시터값을 멀티미터로 정확히 측정기록하라. 그리고 여기 사용하는 커패시터는 전해 커패시터이므로 극성을 제대로 맞추어야 하므로 여기에 유의하라. 전원 전압[eqn: V _{s}]는 +5[eqn: V]로 하라. 커패시터의 전압은 버니어사의 전압프로브로 측정하라. 회로에 연결한 후 스위치를 S1에 연결하여 충전할때의 데이터를 수집하라. 이렇게 수집된 데이터를 A*(1-exp(-(t-T1)/TT))로 피팅하여 커패시터의 충전방정식

[eqn: V _{c} =V _{s} (1-e ^{-t/RC} )]잘 따르는지를 확인하라. 이렇게 피팅한후에 시정수TT와 최종전압A, 일치도를 구하라. 실제 시정수[eqn: tau =RC]를 계산하여 측정된 값과도 비교하라. 최종전압에서 커패시터에 충전된 전하량과 저장된 전장 에너지를 계산하라.

충전되기 시작한 시점은 examine기능을 통해 0.3초임을 확인 할 수 있었습니다. 따라서 충전관계식

충전관계식 A*(1-exp(-(t-0.3)/TT))로 피팅한 결과

A*(1-exp(-(t-0.3)/TT))로 피팅한 결과 오른쪽 그림과 같은 데이터를 얻을 수 있었습니다. 또한 전위에 비해 RMSE값이 매우 작으므로 커패시터의 충전 방정식

[eqn: V _{c} =V _{s} (1-e ^{-t/RC} )]을 잘따름을 실험을 통해 확인해 볼 수 있었습니다. 여기서 TT값은 [eqn: RC]값으로 수집된 데이터를 통해 1.052를 얻을 수 있었습니다. 실제 부품의 저항과 커패시터의 공칭값을 곱해주면 저항은 [eqn: 1k OMEGA], 커패시터는[eqn: 100muF]로 [eqn: 1TIMES10^{3}times1times10^{-6}=1]을 얻을 수 있었습니다. 공칭값 기준 상대오차는 -5.2%으로 그 값이 작아,

계산시정수와, 실험을 통해 측정한 시정수가 같음을 확인해 볼 수 있었습니다.

커패시터에 충전된 에너지는 [eqn: {1} over {2} CV ^{2}]으로 구할 수 있습니다. 마지막 전압이 5.11V이므로

[eqn: {1} over {2} CV ^{2} =0.5 TIMES 100 TIMES 10 ^{-6} TIMES 5.11 ^{2} =1.305 TIMES 10 ^{-3} J]으로 계산 되었습니다.

커패시터에 충전된 전하량은 [eqn: Q=CV]관계를 통해 계산 할 수 있습니다.  따라서 [eqn: 100 times10^{-6}times5.11=5.11times10^{-4}C]의 전하량이 충전 되었음을 계산할 수 있었습니다.

또한 이론에서 시정수의 5배가 되면 충전이 거의 완료가 된다고 하였는데 시정수 1의 5배, 충전시작점에서 5초 지난후부터 전압이 일정하여 충전이 완료 되었음을 확인할 수 있었습니다.

2) 실험과정 1)의 충전을 끝내고 방전을 실험을 수행하라. 로고프로3로 완충된것을 확인한 후 스위치를 2번에 옮겨 이 데이터를 수집하라.  이를 A*exp(-(t-T1)/TT)로 피팅하여 커패시터의 방전방정식 [eqn: V _{c} =Vs(-e ^{-t/RC} )]가 성립하는지 확인하라.  피팅한후 시정수 TT와 A를 구하라. 다음 초기 전압과 A가 일치하는지 비교해보아라. 또  [eqn: tau =RC]를 계산하여 측정된 시정수와도 비교하라.

수집한 데이터를 뉴턴의 냉각 법칙과 비교하고 유사점을 말하라.

방전관계식 A*exp(-(t-1.15)/TT)로 피팅한 결과

로고프로3의 examine 기능으로 방전시작시간이 1.15초임을 확인하였습니다. 후에 A*exp(-(t-1.15)/TT)로 피팅하여 오른쪽 그림과 같은 그래프를 얻을 수 있었습니다. RMSE가 데이터에 비해 매우 낮아 커패시터의 방전관계식

[eqn: V _{c} =Vs(-e ^{-t/RC} )]을 잘 따름을 확인할 수 있었습니다.

수집된 데이터를 통한 시정수 TT는 약 0.98이고, 초기전압 A는

5.05V로 초기전압과 거의 일치함을 확인할 수 있었습니다.

시정수 TT는 충전에서 구했던 시정수 1과 일치하여, 관계식을 잘 따름을 확인 해 볼 수 있었습니다.

뉴턴의 냉각 법칙은[eqn: T=S+(T _{0} -S)e ^{-k(t-t _{0} )}]으로 여기서 T는 물체의 온도, S는 물체 주위의 온도, T0는 물체 초기(시간 t = t0)의 온도k는 초기조건으로 구해지는 상수입니다. 이 뉴턴의 냉각법칙과 방전의 관계식을 비교해 보았을 때 두 관계식 모두 지수함수적으로 그 값이 감소하여 어느 시점에 이르렀을 때 값이 수렴한다는 공통점을 발견할 수 있었습니다.

하지만 방전관계식은 오직 초기 전압과 커패시터의 용량과 회로의 저항에 영향을 받지만, 뉴턴의 냉각법칙은 주변의 환경에도 영햐을 받는다는 차이가 있습니다.

실험4E. 교류에서의 커패시터 특성: 확대 옴의 법칙, 리액턴스, 임피던스, 전류-전압 위상 관계, 전력

1) 교재 P93의 그림 4.16 ‘교류 전원 전압을 인가한 커패시터 실험회로’를 준비할. 무극성 커패시터 [eqn: 30muF]를 선택하라. 함수 발생기를 이용하여 전원 전압 [eqn: v_{s}=V_{m}sin(2pift)]를 진폭 [eqn: V_{m}=6V] 주파수 [eqn: f=60Hz]로 인가할. 커패시터의 순시전압 [eqn: v_{c}(t)]과 순시전류 [eqn: i_{c}(t)]를 버니어사의 전압프로브와 전류프로브를 이용하여 수집하라.

10[eqn: muF]짜리 커패시터 3개를 병렬 연결하여 [eqn: 30muF]짜리 등가용량의 커패시터를 제작한 사진

수집한 데이터

로 구성하고, 데이터를 수집하였습니다.

2) 실험과정 1)에서 취득한 그래프에서 커패시터에 흐르는 전류의 위상이 커패시터의 양단에 걸리는 전압의 위상보다 90도 앞서는 지를 확인하라. 그리고 전압 진폭을 [eqn: 0-6[V]]로 [eqn: 2V]간격으로 바꾸어 가면서 전압진폭/ 전류진폭, 즉 리액턴스가 일정함을 확인하고 이를 기록하라. 즉 커패시터에서 교류로 확대한 옴의 법칙이 성립함을 보여라. 리액턴스 관계식으로 게산하여, 측정값과 비교 검토하라. 90도 위상차를 고려하여 복소수 임피던스를 구하라

두 그래프를 사인그래프로 피팅한 그래프

전위와 전류 그래프를 피팅한 결과 각 그래프의 위치 상수

C의 차이는 3.276-1.657=1.619라디안으로, 두 두그래프는

약 92.283도 위상차이가 있음을 커브피팅을 통해 확인 할 수 있었습니다. 또한 2V간격으로 6V까지 전압진폭/ 전류진폭을

이용하여 리액턴스를 계산하면

전압	리액턴스
2V	83.542[eqn: OMEGA]
4V	84.254[eqn: OMEGA]
6V	83.219[eqn: OMEGA]

로 거의 일정함을 확인해 볼 수 있었습니다.

[eqn: X _{c} = {1} over {2pifC}]를 통해 리액턴스를 계산하면 88.412[eqn: OMEGA]으로 계산되어 실제 측정값과 조금 오차가 발생하였습니다. 도선등에서 줄열이 발산되는 것과, 실제 센서들이 정밀하지 않아서 발생한 문제인듯 합니다. 이를 통해 확대된 옴의 법칙이 성림합을 확인할 수 있었습니다.

복소수 리액턴스는 리액턴스에 음의 허수 값을 취해 준 것으로 [eqn: -j`88.412[ OMEGA ]]으로 표기 할 수 있었습니다.

3)실험과정 1)에서 수집한 그래프에서 커패시터에서의 전력 파형을 계산식에 의한 분석법을 통해 구하라.

즉 순시전력 [eqn: p _{c} (t)=v _{c} (t)*i _{c} (t)]의 그래프를 생성하라.  가로축은 시각축으로 세로축은 커패시터의 전력으로 생성하라. 후 이 그래프가 교재 84페이지의 그림 4.10과 파형이 같은지를 비교 분석하라. 전력 파형에서 교류 전원의 1/4 주기씩 교대로 + - 값을 가지는 것을 확인하라. 다음 + 1/4주기 , - 1/4주기 적분을 수행하여 전력 파형의 평균이 0이 됨을 확인해 보아라.

교재 그림 4.10

수집된 데이터

[eqn: p _{c} (t)=v _{c} (t)*i _{c} (t)] 으로 전력파형을 그리면 위와 같은 그래프를 얻을 수 있었습니다.  이 순시전력과 전압을

사인그래프 형태로 전압과 순시전력을 커브 피팅하면

사인그래프 형태로 전압과 순시전력을 커브 피팅 한 그래프

왼쪽 그래프로, 순시전력주기/전위주기 의 값은

약 0.499로 순시전력이 전압의 1/2주기 동안

(+), (-)값이 바뀌는, 즉 전압의 1/4주기마다 (+)에서, (-)으로 값이 바뀌는 것을 확인할 수 있었습니다.

따라서 전위의 주기가 순시전력보다 2배 크므로

, 전력파형의 주파수는 전위파형의 주파수보다 2배 큼을 확인할 수 있었습니다.

다음 전력 파형에서 1/4주가 씩 1주기를 적분하면 위의 그래프와 같고 전력파형이 (+)일 때와, (-)일 때의 값이 거의 일치하여 커패시터가 에너지를 받은만큼 다시 내보내는 리액터역할을 충실히 수행함을 확인할 수 있었습니다. 또 이를 Statistics 기능을 통해 순시전력의 한주기동안의 평균값이 0임을 확인하여 한번 더 이 내용을 확인하였습니다.

4)실험과정 1)에서 얻은 전압 파형[eqn: v_{c}(t)] 및 전류 파형[eqn: i_{c}(t)]로부터 전류대 전압 시각 미분 관계를 통해

교재 p78 의 그래프를 그려라. 기울기가 커패시터의 용량값이 됨을 확인하라.

세로 [eqn: I]-가로 [eqn: dV/dt]로 피팅한 그림

주어진 데이터를 세로 전류, 가로를 시간에 미분한 전위로 두고 그래프를 그려, 오른쪽과 같은 그림을 얻을 수 있었습니다. 이 그래프의 기울기는

[eqn: 3.181 TIMES 10 ^{-5}]으로 이 기울기의 값은 설계한

커패시터의 용량값 [eqn: 30muF]과 거의 같이, 기울기가 용량값이 됨을 확인할 수 있었습니다.

5) 실험과정 1)~3)에서 사용한 교류 전원의 주파수를 2배 높이고 그 변화를, 특히 리액턴스의 값이 어떻게 바뀌는지를 측정해보아라. [eqn: X _{c} = {1} over {omega C} = {1} over {2 pi fC}]이므로 주파수에 반비례하는지를 확인하라. 이 결과로부터 커패시터의 주파수 의존 허수 저항 역할을 이용하여, 특정 주파수 성분 거름 필터를 만들 수 있는 원리를 설명하라.

주파수를 2배 높인 결과 리액턴스는 44.106[eqn: OMEGA]으로 높이기전  88.412[eqn: OMEGA]보다 2배 감소하여 [eqn: X _{c} = {1} over {2pifC}]의 관계를 확인할 수 있었습니다.

리액턴스는 교류에서 콘덴서가 일종의 저항역할을 나타내는 것으로 이것으로, 저의 생각으로는 리액턴스만으로 필터를 생각하기에는 문제가 있는 것 같습니다. 이보다도 콘덴서는 충전과 방전을 하며 전류를 흘려 보내는데, 그 시간은 시정수의 5배정도입니다. 특정 주파수 [eqn: f]가 있다면 주기는 [eqn: T]이고 콘덴서에서 충전과 방전 시간은 시정수의 5배인 [eqn: 5RC]까지입니다.

따라서 이 주기 [eqn: T]보다 [eqn: 5RC]가 작다면 전류가 흐르지 않을 것이므로, 이를 이용하여 특정 주파수를 거를 수 있을 것이라 생각합니다. 결론은 용량이 큰 콘덴서는 충전,방전시간이 길어 주기가 긴 파형, 즉 저주파도 통과시키지만, 용량이 작은 콘덴서는 충전방전시간이 짧아 주기가 짧은 파형, 즉 고주파만을 통과시키는 경향이 생기게 됩니다

4.느낀점

커패시터의 에너지 충전, 방전을 이용하여 심장 전기 충격기를 만들었다는 이야기를 보고, 평소 관심이 많았는데

이 충전과 방전을 실험을 통해 확인해 볼 수 있어 좋았던 것 같다. 커패시터는 전기 3대 수동소자, 저항, 커패시터, 인덕터 중하나로 전기 공학을 공부하는 우리들에게는 앞선 강의 키르히호프의 법칙과 함께 유의 깊게 보았던 것 같다.

다음 시간은 인덕터에 대한 내용으로 이역시 3대 수동소자 이므로 많은 준비를 해야될 것 같다.

중간 중간 빵판을 사용하는 부분이 있었지만, 사용법이 익숙지 않아 많이 애를 먹었던 것 같다. 회로구성도를 미리 생각해두어 실험시간이 지연되지 않도록 준비를 해야겠다.