자연과학 자료 물리학실험 - 전기용량과 유전율측정 등록 BI

자연과학 자료 물리학실험 - 전기용량과 유전율측정 등록
 

■ 실험 목적
교류 브릿지 회로를 이용하여 축전기의 전기 용량과 유전체의 유전율을 측정한다.

■ 이 론
(1) 전기 용량 측정

축전기의 전기 용량은 교류 브릿지 회로를 사용하여 측정할 수 있다. 저항비 R₂/R₁를 조저하여 검류계 를 흐르는 전류가 0 이 되면 두 점 ⓒ와 ⓓ는 같은 전위를 가지므로 점 ⓐ, ⓑ, ⓒ, ⓓ 들 사이의 전위차에는 다음의 관계가 성립한다.
(1)
(2)

두 점 ⓒ, ⓓ 사이의 전류가 0 이면 저항 R₁과 R₂에는 같은 전류 I 가 흐르고, 축전기 C₁과 C₂에는 같은 양의 전하 Q 가 축적되므로,

(3)
(4)
(5)
(6)
식(3)과 (5)를 식(1)에, 식(4)와 (6)을 식(2)에 대입하면, 식(1)과 (2)는 다음과 같이 바뀐다.

(7)
(8)
식(7)을 식(8)로 나누면, R₁,R₂,C₁,C₂를 연결하는 관계식을 얻는다.

이 된다.

검류계 전류가 0 이 될 때의 저항비 R₁/R₂과 전기 용량C₂를 알면 미지 의 전기 용량 C₁를 구할 수 있다.

(2) 유전율 측정
두 개의 평행판 금속으로 이루어진 평행판 축전기의 전기 용량 C는 평행판의 크기에 비해 두 평행판의 간격이 아주 작을 때, 근사적으로 다음 식을 만족한다.
(11)

ε는 평행판 사이 물질의 유정율이며, A 와 d 는 각각 평행판의 면적과 간격이다. 유 전 상수 x 는 그 물질의 유전율 ε을 진공의 유전율 로 나눈 값으로 정의 된다. 즉,

(12)

이다. 식(11)과 식(12)를 이용하여 평행판 축전기의 C, A, d를 측정함으로써 평행판 사이 물질의 유전율과 유전 상수를 구할 수 있다.

■ 실험 기구 및 장치
① 브릿지 상자
② 함수 발생기(교류 전원)
③ 유전율 측정 신호 증폭기(검류계)
④ 저항선
⑤ 겸침봉
⑥ 기지의 축전기 상자
⑦ 미지의 축전기 상자
⑧ 평행판 축전기
⑨ 유전체 판
⑩ 연결 도선

■ 실험 방법
(1) 전기 용량 측정
① 함수 발생기과 유전율 측정 신호 증폭기가 꺼진 상태임을 확인한 다음, 실험 기구들을 그림2 같이 연결하여 교류 브릿지 회로를 구성한다. …(생략)
 

   
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