[일반물리학실험]직렬과 병렬 회로

실험 목적

1. 직렬 회로와 병렬 회로에서 전류의 흐름을 측정한다.

2. 직렬 회로와 병렬 회로에서 전압의 흐름을 측정한다.

3. 옴의 법칙을 이용하여 직렬연결/병렬연결시의 저항의 값을 계산한다.

실험 이론 및 원리

1. 실험 요약

전기 회로에서 직렬연결은 소자들이 서로 앞뒤 한 줄로 연결되어 있을 때를 말하고, 동일한 전류가 흐르게 된다. 병렬연결에서는 각 소자들이 회로 안에서 갈라져서 각각 연결되는 상태를 말한다. 직렬과 병렬회로는 다르게 작동하며, 사용하는 전기 회로의 차이점을 인지해야 한다.

 

전류 센서와 전압 센서를 이용하여 회로에 흐르는 전류와 전압을 측정하고 어떻게 작동하는지 확인해보자. 본 실험의 목적은 2개의 저항을 직렬, 병렬로 연결하여 학습하는데 있다. 또한 옴의 법칙을 이용하여 두 저항의 등가 저항을 결정할 수 있다.

 

실험 기구 및 시약

1. 실험 재료

1) 전원장치(고정전원이다. 가변전원 사용 X), 고정저항(220Ω,2W/100Ω,2/330Ω,2W)

2) 전압계, 전류계, 브레드보드

실험 방법

1. 직렬 연결

1) 전원장치를 작동하기전 전류버튼과 전압버튼을‘0’으로 낮춘다. (전원장치의 전압은 5V이하로 해야 고장을 최소화할 수 있다.)

2) 모든 측정은 아날로그방식의 전류계와 전압계를 사용하여 측정한다.

3) 실험 장치를 구성한다.

4) 실험장치를 구성했으면 전류센서와 전압센서 대신 아날로그 방식의 전류계 전압계를 연결하여 측정한다.

 

2. 병렬 연결

1) 실험 장치를 구성한다.

2)실험장치를 구성했으면 전류센서와 전압센서 대신 아날로그 방식의 전류계 전압계를 연결하여 측정한다.

3) 측정을 마치면 주어진 전압과 저항에 대하여 계산을 통하여 이론 값을 먼저 구한다.

4) 결과보고서를 작성한다.

실험 결과

1. 측정값

1) 직렬연결(전압고정5V)

∴ 이론값		∴실험값
I = 0.009 A	Vt = 5 V	I = 0.009 A	Vt = 5 V
I1 = 0.009 A	V1 = 3 V	I1 = 0.009 A	V1 = 3 V
I2 = 0.009 A	V2 = 2 V	I2 = 0.009 A	V2 = 2 V

∴ 계산과정

I = I1 = I2

V = I1R1-I2R2 = IReq

Req = R1 + R2

Req = R1(=330Ω) + R2(=220Ω) = 550Ω

Vt = V1(=3V) + V2(=2V) = 5V

0.009A = 3V/R1	R1=333.333...
0.009A = 2V/R2	R2=222.222...

 

2) 병렬연결(전압고정 5V)

∴ 이론값		∴실험값
I = 0.03788 A	Vt = 5 V	I = 0.040 A	Vt = 5 V
I1 = 0.01515 A	V1 = 5 V	I1 = 0.0152 A	V1 = 5 V
I2 = 0.02272 A	V2 = 5 V	I2 = 0.023 A	V2 = 5 V

 

∴ 계산과정

ΔV = ΔV1 = ΔV2

I = I1 + I2

I = ΔV/Req

1/Req = 1/R1 + 1/R2

 

R1=330

R2=220

Req=0.00757575757..

 

I = ΔV/Req = 5×0.00757575757 = 0.037878...

I1 = ΔV1/R1 = 5/330 = 0.01515...

I2 = ΔV2/R2 = 5/220 = 0.02272...

토의 사항

1. 실험 고찰

1) 직렬연결(전압고정5V)

계산결과 저항의 값은 이론값과 실험값이 조금 달랐지만 전류와 전압은 거의 동일한 것을 측정하였다. 직렬인 경우에는 저항이 나란히 연결되어 있다. 전기의 압력(전압)이 저항이 많이 연결해 있을수록 약해진다. 그래서 각 저항에 걸리는 전압을 모두 합하면 전체 전압이 된다. 반대로 전류는 흐르는 길이 하나밖에 없으므로 각 저항을 똑같은 전류가 통과해야 한다. 그래서 각 저항에 흐르는 전류는 저항값에 관계없이 같다.

 

2) 병렬연결(전압고정 5V)

실험값과 이론값의 오차가 있는 이유는 눈금을 사람이 읽는 것이므로 보는 각도에 따라 달라질 수 있다. 또는 진동이나 책상의 다른 물건의 움직임 때문일 수도 있다. 각 저항에 걸리는 전압은 전위차가 같으므로 같은 전기의 압력(전압)이 바로 각 저항에 걸리는 것이므로 각 저항에 걸리는 전압은 같은 것이며 전류는 저항이 여러 가지로 나누어져 있으므로 전류가 흘러가는 길이 나누어지기 때문에 각 저항에 흐르는 전류를 다 합하면 전체 전류가 된다.