해피레포트 - 옴의법칙과 키르히호프의 법칙

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보고서설명
실험 1. 옴의 법칙과 키르히호프의 법칙(예비 보고서) 1. 실험 목적 (1) 회로상에서 전류, 전압, 저항과의 관계를 실험적으로 증명해 본다. (2) 직·병렬 회로에서의 키르히호프의 법칙을 실험을 통해 확인한다.

본문일부/목차
2. 실험 기본 이론 (1) 옴의 법칙 옴의 법칙은 1826년 독일의 물리학자 G. S. Ohm이 발견한 물리법칙으로 도선에 흐르는 전류의 세기는 전위차에 정확히 비례하는 것이다. 즉 전류 I가 저항 R을 지날 때의 전압강하 V는 V = I х R 로 주어진다. 이 때 저항 R이 V 또는 I값에 무관할 때, 즉 V와 I의 관계가 직선적일 때 옴의 법칙이 성립한다고 말한다. 옴의 법칙은 J = σ х E 와 같이 나타낼 수 있는데 여기서 J는 전류 밀도(단위 면적당 전류)이며, σ는 전기전도도이고, E는 전기장이다. 보통 널리 쓰이는 식인 V = I х R 는 전기회로에 위의 식 J = σ х E 을 거시적으로 평균화한 식이다. 여기서 σ의 역수는 비저항이라 부르며 이것들은 모두 물질의 근본적 특성을 나타내는 양들이다. 이에 비하여 저항은 구리 도선과 같은 어떤 특정한 물체의 굵기나 길이 등의 특성을 나타낼 수 있을 뿐이다. 또한 물질의 전기전도도 σ는 전기장 세기에 거의 무관한 상수이며, 그 값이 상수인 경우에만 그 물질은 옴의 법칙을 따른다고 말한다. 즉 위의 식은 오직 전도체의 기준계에서만 유효하며 물체가 자기장 B에 대해 v의 속력으로 움직인다면 이 방정식은 J = σ х (E + v х B) 로 바뀐다. 이 식은 로렌츠 힘과 관계가 있는 것으로 옴의 법칙은 로렌츠 힘과 전하 운반체의 속력에 비례하는 항력이 있다는 가정에서 유도할 수 있다. (2) 키르히호프의 법칙 독일의 물리학자 G.R.키르히호프가 발견한 법칙으로 전류의 관한 제 1법칙과 전압에 관한 제2법칙이 있다. 이것은 옴의 법칙을 일반화한 것으로 여러 개의 기전력장치가 사용되는 다중회로와 같이 복잡한 회로문제를 쉽게 해결한다. 제1법칙은 접합점 법칙(junction theorem)이라고도 하며 회로 내의 어느 점을 취해도 그곳에 흘러들어오는 전류와 흘러나가는 전류의 대수적 합은 0이라고 할 수 있다. 즉 Σ I = 0 이라고 표현한다. 이것은 전하량 보존법칙에 근거한다. 어떠한 전하도 접합점에 축적될 수 없기 때문에, 단위시간당 접합점에 들어오는 총 전하량은 단위시간당 빠져 나가는 총 전하량과 같아야만 한다. 단위시간당 한 점을 통과하는 전하량이 그 점의 전류이므로, 들어오는 전류를 양(+)으로 보고 나가는 것을 음(-)으로 본다면 접합점에서의 전류의 대수적 합은 0이 되어야 마땅하다.

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