General Physics Lab (International Campus) Department of PHYSICS YONSEI University Lab Manual Capacitors and Capacitance Ver [ 국제캠퍼스실험 ] 축전기와

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동준 위
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1 [ 국제캠퍼스실험 ] 축전기와전기용량 Objective 전자회로의소자로다양하게사용되는축전기 (Capacitor) 의구조와원리및물리적현상을이해하고, 축전기의전극에작용하는힘을측정하여축전기의전기용량 (Capacitance) 을계산한다. 또한유전체에의한전기용량의변화를관찰한다. Theory Reference Young & Freedman, University Physics (14 th ed.), Pearson, (p.10~14) 24.4 Dielectrics (p.21~2) 24.2 Capacitors in Series and Parallel (p.14~17) 22.3 Gauss s Law (p.753~757) 22.4 Applications of Gauss s Law Ex.22. (p.70~71) 축전기를구성하기위해서는그림 1 과같이단순히두개의전도체를서로떨어뜨려놓으면된다. 기전력에의해축전기가충전되면한전도체의전자가다른전도체로이동한다. 따라서, 두전도체는동일한크기의반대부호의전하를갖는다. 즉, 축전기가전하 QQ 로충전또는대전되었다는것은한전도체가전하 +QQ, 다른전도체는전하 QQ 를가지고있음을의미한다. 1. 축전기와전기용량축전기 (capacitor) 는전기에너지와전하 (charge) 를저장하는장치이다. 축전기에저장된에너지를사용하는대표적인사례로사진기의플래시가있으며, 축전기의전기적특성은라디오나텔레비전의수신기와같은전자회로, 콘덴서마이크등다양한방법으로활용되고있다. 전도체사이의전기장은전도체의전하 QQ 에비례하므로, 전도체사이의전위차 VV 도 QQ 에비례한다. 만약전도체의전하의크기를두배로하면전기장이두배가되고전도체사이의전위차도두배가된다. 그러나, 전하와전위차의비율은일정하게유지된다. 이일정한비율을축전기의전기용량 ( 정전용량이라고도함, capacitance) CC 라고한다. CC = QQ (1) VV Fig 1 Any two conductors aa and bb insulated from each other form a capacitor. 축전기의전기용량 CC 가커질수록가해진전위차 VV 에서전도체의전하 QQ 가커지므로축전기는더많은에너지를저장할수있다. 따라서, 전기용량은축전기가전기에너지를저장할수있는능력을의미한다. 전기용량은전도체의모양과크기, 전도체사이의유전체의특성에따라달라진다. 전기용량의 SI 단위는패럿 (farad, F) 이며다음과같다. 1 F = 1 farad = 1 C/V = 1 coulomb/volt 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 1 / 13

그림 2 는면적이 AA 이며거리가 만큼떨어진평행한두개의전도체전극으로구성된가장단순한축전기이다. 이러한형태의축전기를평행판축전기 (parallel-plate capacitor) 라고한다. 축전기가충전되면두전극에는크기가동일하지만극성이반대인전하가분포하여전기장이형성된다. 극성이다른전하사이에는인력이작용하기때문에, 대부분의전하는마주보는전극안쪽표면에모인다.

두전극안쪽의표면전하밀도 (surface charge density) 를각각 +σσ, σσ 라고하면, 다음의가우스법칙 (Gauss s law) 으로부터전극사이의전기장을계산할수있다.

2 그림 2 는면적이 AA 이며거리가 만큼떨어진평행한두개의전도체전극으로구성된가장단순한축전기이다. 이러한형태의축전기를평행판축전기 (parallel-plate capacitor) 라고한다. 축전기가충전되면두전극에는크기가동일하지만극성이반대인전하가분포하여전기장이형성된다. 극성이다른전하사이에는인력이작용하기때문에, 대부분의전하는마주보는전극안쪽표면에모인다. 그러나일부는전극의바깥쪽표면에분포하여그림 3(a) 와같이축전기모서리부분의전기장은곡선이된다. 만약전극의면적이전극사이의간격에비해매우크다면전극바깥쪽표면의전하량은무시할수있을정도로작아지기때문에, 전하가그림 3(b) 와같이마주보는안쪽표면에균일하게분포하고전극사이의공간에는일정한전기장이작용한다고할수있다. 두전극안쪽의표면전하밀도 (surface charge density) 를각각 +σσ, σσ 라고하면, 다음의가우스법칙 (Gauss s law) 으로부터전극사이의전기장을계산할수있다. Φ EE = EE = EE AA = QQ encl εε 0 (2) 그림 3(b) 와같이바닥면적이 AA 인실린더형폐곡면 SS 1 을고려할때, SS 1 의윗면은전극도체의내부에, 아랫면은전극사이의공간에있다. 도체내부의전기장은 0 이므로, 윗면을통과하는전기선속 (electric flux) 은없다. 전극사이의전기장은아랫면에수직이므로, EE = EE 이고전기선속은 EEAA 이며, EE 가폐곡면을나가는방향이므로양의값이다. 폐곡면의옆면은 EE 의방향과평행하므로통과하는전기선속은없다. 따라서, 가우스법칙에의해총전기선속의합은 EEAA 이다. 한편, 폐곡면에둘러싸인총전하는 σσaa 이다. 그러므로, 식 (2) 에의해 EEAA = σσaa εε 0 이므로다음의식이성립한다. EE = σσ εε 0 (3) 폐곡면 SS 4 을사용해도동일한결과가유도되며, 전하가없는전극의바깥쪽면에는전기선속이없으므로폐곡면 SS 2, SS 3 에대해서 EE = 0 이다. 한편, 각전극의표면전하밀도 σσ 는전극의총전하량 QQ 를전극의면적 AA 로나눈값과같으므로 σσ = QQ/AA 이며, 식 (3) 은다음과같이정리할수있다. EE = σσ εε 0 = QQ εε 0 AA (4) 따라서, 전기장이일정하고, 전극사이의거리가 일때, 두전극사이의전위차는다음과같다 Fig 2 A charged parallel-plate capacitor. VV = EEEE = 1 εε 0 QQQQ AA (5) 식 (1), (5) 로부터진공에서평행판축전기의전기용량 CC 를다음과같이유도할수있다. CC = QQ VV = εε AA 0 () Fig 3 Electric field between oppositely charged parallel plates. 식 () 과같이, 전기용량은전극의면적 AA 에비례하고, 전극사이의거리 에반비례한다. 비례상수 εε 0 는진공의유전율 (permittivity) 이다. εε 0 = C 2 /N m (oooo F/m) 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 2 / 13

3 한편, 그림 3(b) 에서각전극의전하의양이동일하므로, AA 일경우전극사이에서 EE = EE aa + EE bb, EE aa = EE bb 이다. 따라서, 위쪽전극에의한전기장은 EE aa = (1 2)EE = QQ 2εε 0 AA 가되며, 이전기장에의해아래쪽전극의전하 QQ 가받는힘은다음과같다. FF = ( QQ)EE aa = QQ2 2εε 0 AA == εε 0AAVV (7) 여기에서음의부호는전극사이에인력이작용함을의미한다. 식 (5), (), (7) 로부터, 축전기의전기용량 CC 를아래쪽전극에작용하는힘을사용하여표현할수있다. CC = 2FFFF VV 2 () 식 () 에서, 축전기의전기용량은전극의면적 AA 와상관없는것처럼보일수있으나, 식 (7) 의힘 FF 에면적 AA 성분이이미포함되어있음을주의해서이해한다. 축전기의전기용량은전극사이가진공일때보다유전체가있을때더크다. 축전기의전극이 QQ 로대전되어전하량이변하지않는다고가정하고, 이때전극의전위차를 VV 0 라고할때, 전극사이에유전체를삽입하면전위차가 VV 0 보다작은값 VV 로감소한다. 유전체를제거하면전위차는다시 VV 0 로돌아온다. 이경우, 원래의전기용량은 CC 0 = QQ VV 0 이고, 유전체가있을때의전기용량은 CC = QQ VV 이다. 전하 QQ 가동일하고 VV 가 VV 0 보다작으므로, 유전체가있을때전기용량 CC 는 CC 0 보다크다. 전극사이의공간이어떤유전체로완전히채워질때의전기용량 CC 와진공일때의전기용량 CC 0 의비율을해당유전체의유전상수 (dielectric constant) KK 라고한다. KK = CC CC 0 (9) 유전상수 KK 는단위가없는상수이며항상 1 보다크다. 진공에서 KK = 1 이며, 일반적인실온에서공기의유전상수는 KK = 이다. 2. 유전체와유전상수일반적인축전기는그림 4 와같이도체전극사이에유전체 (dielectric) 라고부르는비전도체물질을포함하고있다. 유전체를삽입하면, 두전극이서로접촉하지않고최소의간격을유지해야하는구조적문제를해결할수있을뿐만아니라, 축전기의전기용량을증가시킬수있다. Material KK Material KK Vacuum 1 Mica 3~ Air (1 atm) Glass 5~10 Air (100 atm) Germanium 1 Teflon 2.1 Glycerin 42.5 Polyethylene 2.2 Water 0.4 전하가일정할때 QQ = CC 0 VV 0 = CCCC, CC CC 0 = VV 0 VV 이므로식 (9) 는다음과같이정리할수있다. VV = VV 0 KK (10) 즉, 전극의전하량이일정하다고가정할때, 유전체를전극사이에삽입하면전극사이의전위차는 KK 에따라감소한다. 마찬가지로, 전극사이의전기장도 KK 에따라감소한다. Fig 4 A common type of capacitor uses dielectric sheet to separate the conductors. EE = EE 0 KK (11) 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 3 / 13

이와같이, 유전체가있을때전극사이의전기장이감소하기때문에, 전기장을발생시키는표면전하밀도 (surface charge density) 가작아져야한다. 그러나, 실제로전극의표면전하는변하지않는다. 그대신, 그림 5 와같이반대부호로대전된전하가유전체의표면에나타난다. 식 (12) 을식 (11) 에대입하고결과를정리하면다음을유도할수있다.

4 이와같이, 유전체가있을때전극사이의전기장이감소하기때문에, 전기장을발생시키는표면전하밀도 (surface charge density) 가작아져야한다. 그러나, 실제로전극의표면전하는변하지않는다. 그대신, 그림 5 와같이반대부호로대전된전하가유전체의표면에나타난다. 식 (12) 을식 (11) 에대입하고결과를정리하면다음을유도할수있다. σσ ii = σσ 1 1 (13) KK 유전체는전기적으로중성이며, 유도된표면전하는유전체물질내에서양전하와음전하의분극 (polarization) 의결과로나타난다. 특수한경우를제외하고, 일반적인유전체에서유도된표면전하는물질에작용하는전기장에비례하므로 KK 는일정하다. 유전체의유도된표면전하와전극의표면전하사이의관계는다음과같이유도할수있다. 축전기전극의표면전하밀도가 σσ 이고, 유전체의표면에유도된전하밀도를 σσ ii 이라고하면, 축전기의각면의순표면전하는 σσ σσ ii 이다. 따라서식 (4) 로부터유전체가없을때와있을때의전기장은각각다음과같다. 식 (13) 에서 KK 가매우크면 σσ ii 가 σσ 에가까워지므로유전체가없을때와비교하여전기장과전위차가매우작아진다. 다시말하면, 동일한전위차에서유전체가있는축전기에더많은전하가저장된다. 유전체의유전상수 KK 와진공의유전율 εε 0 를곱한값 KKεε 0 를유전체의유전율 (permittivity) εε 라고한다. εε = KKεε 0 (14) 유전율 εε 를사용하여유전체가있는축전기내부의전기장을다음과같이표현할수있다. EE 0 = σσ εε 0 EE = σσ σσ ii εε 0 (12) EE = σσ εε (15) 따라서, 유전체가존재할때전기용량은다음과같다. CC = KKCC 0 = KKεε 0 AA = εε AA (1) 진공에서는 KK = 1, εε = εε 0 이므로식 (1) 은식 (4) 가된다. 이런이유로 εε 0 를진공의유전율이라고도한다. 식 (1) 에따라면적 AA 가큰전극을사용하고유전상수 KK 가큰유전체를삽입하여전극간의간격 을최소화하면전기용량 CC 가매우높은축전기를만들수있다. Fig 5 (a) Electric field of magnitude EE 0 with vacuum between charged plates. (b) Introduction of a dielectric of dielectric constant KK. (c) The induced surface charges and their field. (d) Resultant field of magnitude EE 0 /KK. For a given charge density σσ, the induced charges on the dielectric s surfaces reduce the electric field between the plates. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 4 / 13

5 Equipment 1. 실험장비 장비수량용도및비고 축전기실험장치 1 전기용량을바꿀수있는평행판축전기를구성한다. 고전압전원공급기 ( 전원코드선포함 ) 1 0~25kV 의고전압을공급한다. 전선 ( 고전압전용 ) 2 고전압전용전선으로전원공급기와축전기전극을연결한다. 축전기전극 1 set 축전기를구성하는원판전극이다. 전극 1 : rr = 53mm 전극 2 : rr = 75mm 유전체 1 set 축전기전극사이에삽입하는유전체이다. 아크릴판 : rr = 75 mm, = 3 mm, KK = 2.5 유리판 : rr = 75 mm, = 3 mm, KK = 5. 전자저울 ( 전원어댑터포함 ) 1 0~300g 범위의질량을 0.01g 단위로측정한다. 방전도구 1 대전된전극을방전시킬때사용한다. 원형수준기 1 장비의수평상태를확인한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 5 / 13

2. 주요장비기능및작동원리 (1) 축전기실험장치 (2) 고전압전원공급기 축전기전극을고정하여평행판축전기를구성한다.

최대 25,000V 의전압이공급되며, 전압조정기를사용하여전압을조정할수있다. 전류량은매우적어심각한위험은발생하지않지만, 감전되지않도록최대한사용에주의해야한다.

심블둘레는 100 눈금으로나뉘어있으므로, 심블이한눈금 ( 1/100 turn) 돌아가면, 스핀들이 1/100 mm 이동한다. 0~300g 범위의질량을 0.

6 2. 주요장비기능및작동원리 (1) 축전기실험장치 (2) 고전압전원공급기 축전기전극을고정하여평행판축전기를구성한다. 전극의간격을조정하여축전기의전기용량을변경할수있다. 축전기에는매우높은전압의전원이연결되므로, 감전사고를최소화하기위해보호케이스가설치되어있다. 최대 25,000V 의전압이공급되며, 전압조정기를사용하여전압을조정할수있다. 전류량은매우적어심각한위험은발생하지않지만, 감전되지않도록최대한사용에주의해야한다. (3) 전자저울 전극의간격은마이크로미터를사용하여조정한다. 마이크로미터의심블 ( 손잡이 ) 을한바퀴돌리면상단전극이고정된스핀들 ( 축 ) 이 1 mm 이동한다. 심블둘레는 100 눈금으로나뉘어있으므로, 심블이한눈금 ( 1/100 turn) 돌아가면, 스핀들이 1/100 mm 이동한다. 0~300g 범위의질량을 0.01g 단위로측정하는전자저울이다. [ 영점 ] 또는 [ 용기 ] 버튼으로영점을조정한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page / 13

Procedure 이실험은최대 25,000V 의매우높은전압의전원을사용하므로, 실험중감전사고가발생하지않도록주의를기울여야한다. (2) 전자저울을설치한다.

실험전, 배선을연결하거나축전기전극을만질때에는, 반드시입력전압을 0V 로변경한후전원공급기를끈다. 2. 실험중에는배선이나축전기전극을절대로만지지않는다. 3.

실험중스파크가발생하면, 즉시전원공급기를끄고방전도구를사용하여전극을방전시킨후, 전극이전체적으로수평을이루는지다시한번확인한다. 습도가높을경우스파크가더쉽게발생할수있다.

2 마이크로미터를 10mm 정도의위치로조정한다. 3 상단전극을끼워넣은후볼트로고정한다. 4 하단전극을전자저울위에올려놓는다.

7 Procedure 이실험은최대 25,000V 의매우높은전압의전원을사용하므로, 실험중감전사고가발생하지않도록주의를기울여야한다. (2) 전자저울을설치한다. 전자저울을실험장치위에놓고, 저울판의중심과마이크로미터중심축이일치하도록위치를조정한다. ( 저울을바깥쪽으로조금빼내어야중심이맞는다.) 1. 실험전, 배선을연결하거나축전기전극을만질때에는, 반드시입력전압을 0V 로변경한후전원공급기를끈다. 2. 실험중에는배선이나축전기전극을절대로만지지않는다. 3. 실험후전원공급기를끈상태에서도전극이대전되어있을수있으므로, 방전도구를이용하여대전여부를확인한다. ( 두전극을접촉시켜방전시킨다.) 4. 실험중스파크가발생하면, 즉시전원공급기를끄고방전도구를사용하여전극을방전시킨후, 전극이전체적으로수평을이루는지다시한번확인한다. 습도가높을경우스파크가더쉽게발생할수있다. 이럴경우, 조교와상의하여전극의간격이나전압조건을변경하여실험한다. (3) 축전기전극 (rr = 53mm) 을설치한다. 1 설치편의를위해이동암을적절히올린다. 2 마이크로미터를 10mm 정도의위치로조정한다. 3 상단전극을끼워넣은후볼트로고정한다. 4 하단전극을전자저울위에올려놓는다. 하단전극상단전극 (1) 축전기실험장치의수평을맞춘다. 원형수준기를사용하여장치의수평상태를점검하고필요하면네개의받침을돌려서조정한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 7 / 13

(4) 전극과전원공급기를연결한다. () 전자저울을켜고저울의영점을조정한다. 전원공급기의전원은아직켜지않는다. ( 감전주의 ) 전자저울은작은충격에도오작동하거나영구적으로파손될수있다.

Note (5) 전극의수평을조정한다. 1 암전체를아래로내려서상단전극과하단전극사이의간격을약 5mm 로조정한다. 2 전극이전체적으로일정한간격을유지하는지확인한다.

초기값이상대적으로클경우에는 [ 영점 ] 버튼이작동하지않을수있다. 이때에는 [ 용기 ] 버튼을사용하여영점을조정한다. ( [TARE] 가표시된다.

8 (4) 전극과전원공급기를연결한다. () 전자저울을켜고저울의영점을조정한다. 전원공급기의전원은아직켜지않는다. ( 감전주의 ) 전자저울은작은충격에도오작동하거나영구적으로파손될수있다. 저울판에충격을주지않도록주의한다. 저울뒷면의스위치는켠후, [ 영점 ] 또는 [ 용기 ] 버튼을눌러영점을조정한다. 전선이움직이면측정값이변하므로측정중에는전선을건드리지않도록주의한다. Note (5) 전극의수평을조정한다. 1 암전체를아래로내려서상단전극과하단전극사이의간격을약 5mm 로조정한다. 2 전극이전체적으로일정한간격을유지하는지확인한다. 필요하면전자저울의수평을조정하여간격을최대한일정하게맞춘다. [ 영점 ] 버튼을누르고 1초정도대기하면영점조정이완료되고 [ZERO] 가표시된다. 초기값이상대적으로클경우에는 [ 영점 ] 버튼이작동하지않을수있다. 이때에는 [ 용기 ] 버튼을사용하여영점을조정한다. ( [TARE] 가표시된다.) 영점조정이잘되지않을경우, 저울의전원을껐다가다시켜면해결될수도있다. Note 표시창에 [CT], [%], [PCS], [CHK], [ANI] 중하나라도표시되면영점조정이되지않거나측정이정상적으로되지않을수있다. 이때에는해당표시가없어질때까지 [ 모드 ] 버튼을눌러준다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page / 13

(7) 전극간격을 0mm 로조정한다. 마이크로미터를이용하여전극의간격을 0mm 로조정한다. 저울을관찰하면서마이크로미터를천천히내릴때, 갑자기질량이증가하는지점을 0mm 로정한다. 이위치에서마이크로미터값을읽는다. ( 전극이기울어져있는지다시한번확인하고, 필요하면저울수평을다시맞춘다.) 축전기전극에는매우높은전위차가형성되어, 전극을손으로만질경우감전될수있다.

9 (7) 전극간격을 0mm 로조정한다. 마이크로미터를이용하여전극의간격을 0mm 로조정한다. 저울을관찰하면서마이크로미터를천천히내릴때, 갑자기질량이증가하는지점을 0mm 로정한다. 이위치에서마이크로미터값을읽는다. ( 전극이기울어져있는지다시한번확인하고, 필요하면저울수평을다시맞춘다.) 축전기전극에는매우높은전위차가형성되어, 전극을손으로만질경우감전될수있다. 전류량이작아서심각한위험은없지만, 절대전극을손으로직접만지지않도록주의한다. 실험중스파크가발생하면실험을즉시중단한다. 1. 전원장치를끄고, 방전도구를사용하여축전기전극을방전시킨후, 전극이전체적으로수평을이루는지다시한번확인한다. 2. 스파크에의해전자저울이오작동할경우에는, 저울의전원을껐다가다시켜면문제를해결할수있다. () 전극의간격을 = mm 로조정한다. 순서 (7) 의위치를기준으로, 마이크로미터를사용하여상단전극을 mm 위로올린다. 실험실습도가높을경우스파크가더쉽게발생할수있다. 이럴경우, 조교와상의하여전극의간격또는전압조건을변경하여실험한다. ( 전극간격을넓히거나전압을낮춘다.) 마이크로미터는 0~25mm 범위에서사용가능하다. 측정범위밖에서무리하게돌릴경우파손될수있으므로주의한다. (11) 하단전극에작용하는힘 FF = mmmm 를계산한다. (12) 식 () 을사용하여축전기의전기용량을계산한다. (9) 축전기에전위차 VV = 4kV 를가한다. CC = 2FFFF VV 2 () 고전압전원공급기를켠후전압을 4kV 로천천히증가시킨다. (13) 식 () 을사용, 이론적인축전기의전기용량을계산한다. (10) 질량 mm 을측정하고기록한다. CC = QQ VV = εε AA 0 () 전극사이에는인력이작용하므로질량이음의값으로나올것이다. (14) 실험값과이론값을비교하고오차를계산한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 9 / 13

10 (15) 전압 VV 를변경하여실험을반복한다. 전압을다음과같이변경하여측정을반복한다. ( 각각 3 회측정하여평균값을구한다.) VV mm FF = mmmm CC = 2FFFF VV 2 (kv) (kg) (N) 4 10 (17) 전극의면적 AA 를변경하여순서 (1) 을반복한다. rr (m) AA = ππrr 2 (m 2 ) CC theory = εε 0 AA 반경이 rr = 75mm 인전극으로교체한다. rr = 75mm 전극면적은 rr = 53mm 전극면적의 2 배이다 축전기의형태가변하지않을경우, 인가된전압이바뀌어도전기용량이일정하게유지되는지확인한다. 순서 (14) 에서구한전기용량의이론값과비교하고오차를분석한다. 축전기전극에는매우높은전위차가형성되어매우위험하다. 전극을손으로만지기전에항상전원장치를끈후방전도구를사용하여전극을방전시킨다. (1) 전극간격 를변경하여실험을반복한다. 전극의전위차는 VV = kv 로유지하고전극의간격을다음과같이변경하여측정을반복한다. ( 각각 3 회측정하여평균값을구한다.) VV (kv) mm (kg) FF = mmmm (N) CC = 2FFFF VV VV (kv) mm (kg) FF = mmmm (N) CC = 2FFFF VV rr (m) AA = ππrr 2 (m 2 ) CC theory = εε 0 AA rr (m) AA = ππrr 2 (m 2 ) CC theory = εε 0 AA CC 1/ 그래프를작성한후, 전기용량 CC 가전극간격의 역수 1/ 에비례함을확인한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 10 / 13

(1) 순서 (1) 과순서 (17) 의결과를비교한다. 두결과를비교하여, 극판의면적과전기용량의관계를확인한다. 전극사이에유전체를삽입하였을때전기용량의변화를관찰하고, 원인에대해토의한다. (19) 유전체를사용하여실험을진행한다. 반경이 rr = 75mm 인전극사이의간격을 mm 로설정한후, 3mm 의아크릴판또는유리판을삽입하고전기용량을측정한다.

11 (1) 순서 (1) 과순서 (17) 의결과를비교한다. 두결과를비교하여, 극판의면적과전기용량의관계를확인한다. 전극사이에유전체를삽입하였을때전기용량의변화를관찰하고, 원인에대해토의한다. (19) 유전체를사용하여실험을진행한다. 반경이 rr = 75mm 인전극사이의간격을 mm 로설정한후, 3mm 의아크릴판또는유리판을삽입하고전기용량을측정한다. 전극의전위차는 VV = kv 로설정한다. ( 각각 3 회측정하여평균값을사용한다.) Note 전극의간격이 = mm 인축전기의전극사이에두께가 = 3mm 인아크릴또는유리유전체를삽입하면, 이축전기는유전체 3mm + 공기 3mm 의축전기가된다. 이와같은축전기는다음그림과같이각각의축전기를직렬로연결한것과같다. 축전기전극에는매우높은전위차가형성되어매우위험하다. 전극을손으로만지기전에항상전원공급기를끈후방전도구를사용하여전극을방전시킨다. 유전체 ( 유리 ) 는깨지기쉬우며, 깨질경우부상을입을수도있으므로사용및보관시주의한다. 두축전기의전기용량이각각 CC 1, CC 2, 유전상수가각각 KK 1, KK 2 이고, 전극사이의간격이 = 1 = 2 = (1 2) 라고하면다음의식이성립한다. Dielectric substance VV (kv) mm (kg) FF = mmmm (N) CC 1 CC = 1 CC CC 2 or CC = CC 1CC 2 CC 1 + CC 2 only air acryl + air glass + air CC 1 = KK 1 εε 0 AA and CC 2 = KK 2 εε 0 AA Dielectric substance rr (m) AA = ππrr 2 (m 2 ) CC theory CC = KK 1KK 2 KK 1 + KK 2 εε 0 AA only air acryl + air glass + air 아크릴과유리의유전상수는각각다음과같다. - 아크릴 : KK = 유리 : KK = 5. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 11 / 13

Result & Discussion 조교의안내에따라실험결과를정리하고분석한후결과보고서를작성한다. End of Lab Checklist 실험을완료하면반드시실험장비를정리한후조교의확인을받고퇴실한다. 실험용컴퓨터에저장한실험데이터파일을모두삭제하고휴지통을비운다. 컴퓨터를끈다. 전원공급기켜거나끄기전에는반드시전압을 0V 로변경한다.

12 Result & Discussion 조교의안내에따라실험결과를정리하고분석한후결과보고서를작성한다. End of Lab Checklist 실험을완료하면반드시실험장비를정리한후조교의확인을받고퇴실한다. 실험용컴퓨터에저장한실험데이터파일을모두삭제하고휴지통을비운다. 컴퓨터를끈다. 전원공급기켜거나끄기전에는반드시전압을 0V 로변경한다. ( 전압조정기를시계반대방향으로끝까지돌린다.) 전자저울을끄고어댑터는전원에서분리한다. 전극 2 종, 유전체 2 종, 고전압전선, 수준기, 방전도구는박스에넣어서보관한다. 유리판유전체가깨지지않도록주의한다. 5 Songdogwahak-ro, Yeonsu-gu, Incheon 2193, KOREA ( ) Page 12 / 13

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16<C624><D22C><ACFC><D0D0> <ACE0><B4F1><BB3C><B9AC><2160>_<BCF8><CC45>.pdf I I 02 03 04 05 06 II 07 08 09 III 10 11 12 13 IV 14 15 16 17 18 a b c d 410 434 486 656 (nm) Structure 1 PLUS 1 1. 2. 2 (-) (+) (+)(-) 2 3. 3 S. T.E.P 1 S. T.E.P 2 ) 1 2 (m) 10-11 10-8 10-5 C 10-2 10