출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
이 실험에서는 시리즈 또는 병렬로 연결된 저항기에서 전류가 어떻게 분포되는지 보여 주므로 총 "효과적인" 저항을 계산하는 방법을 설명합니다. 옴의 법칙을 사용하면 저항이 알려진 경우 저항을 통해 전압과 전류 를 변환 할 수 있습니다.
연재된 두 저항제의 경우(서로 연결됨을 의미함) 동일한 전류가 이를 통해 흐르게 됩니다. 전압은 "총 전압"까지 합산되므로 총 "유효 저항"은 두 저항의 합계입니다. 이는 총 전압이 개별 저항에 비례하여 두 저항기 간에 분할되기 때문에 "전압 분배기"라고도 합니다.
두 개의 저항기가 병렬로 연결된 경우(둘 다 두 개의 공유 단자 간에 유선됨) 전류가 동일한 전압을 공유하는 동안 둘 사이에 분할됩니다. 이 경우, 총 유효 저항의 상호는 두 저항의 상호합과 동일합니다.
시리즈 및 병렬 저항기는 대부분의 회로의 핵심 구성 요소이며 대부분의 응용 분야에서 전기가 사용되는 방식에 영향을 미칩니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
이 실험은 커패시턴의 개념을 보여주기 위해 상용 커패시터와 병렬 플레이트 커패시터를 사용합니다. 커패시터는 두 개의 전도체(예: 반대 금속 판 두 개)에 반대 전하를 저장하여 두 도체 간의 잠재적 차이(전압 하강)를 초래합니다. 각 컨덕터의 충전량은 이 전압 강하에 비례하며 커패시턴스는 비례계로 사용됩니다. 전압이 시간에 따라 변경되면 커패시터로 흐르는 전류는 해당 변화의 속도에 비례하며 다시 커패시턴이 비례성 요소입니다.
병렬 플레이트 커패시터의 커패시턴스는 플레이트의 영역으로 나누어진 플레이트 사이의 거리가 일정한 유전체상수의 제품이다. 이 실험은 먼저 커패시터에 일부 전하를 증착한 다음 고임피던스 볼트계(electrometer)를 사용하여 거리가 증가함에 따라 플레이트 사이의 전압을 모니터링함으로써 거리와의 비례성을 입증합니다. 전압 변화는 또한 금속 판 사이의 공간에 삽입 된 플라스틱 플레이트와 같은 유전체 재료로 모니터링됩니다.
커패시턴스 미터는 커패시턴스를 직접 측정하고, 시판 가능한 커패시터의 병렬 및 계열 연결을 측정하고 총 정전 용량이 개별 정전 용량과 어떻게 관련이 있는지 연구하는 데 사용됩니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
커패시터(C), 인덕터(L) 및 저항기(R)는 각각 고유한 동작을 가진 중요한 회로 요소입니다. 저항자는 에너지를 방출하고 전류에 비례하는 전압으로 옴의 법칙에 순종합니다. 커패시터는 전류가 전압 의 변화 속도에 비례하는 전기 에너지를 저장하고, 인덕터는 전류의 변화 속도에 비례하는 전압을 가진 자기 에너지를 저장합니다. 이러한 회로 요소가 결합되면 전류 또는 전압이 다양하고 흥미로운 방법으로 시간에 따라 달라질 수 있습니다. 이러한 조합은 일반적으로 교대 전류(AC) 회로, 라디오 및 전기 필터와 같은 시간 또는 주파수 의존성 전기 신호를 처리하는 데 사용됩니다. 이 실험은 저항커패시터(RC), 저항기 인덕터(RL), 인덕터 커패시터(LC) 회로의 시간 의존적 동작을 보여 줍니다. 이 실험은 전원 공급 장치에 연결(및 켜기)하는 경우 커패시터 또는 인덕터에 연재된 전구(resistor)를 사용하여 RC 및 RL 회로의 일시적인 동작을 보여 줍니다. 이 실험은 또한 LC 회로의 진동 동작을 보여줍니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
전기장은 주변 공간에서 충전된 물체(소스 충전이라고 함)에 의해 생성되며, 다른 충전된 물체(시험 충전이라고 함)에 전력을 발휘하는 능력을 나타냅니다. 공간의 지정된 지점에서 벡터로 표현되는 전기장은 해당 지점에 배치된 단위 테스트 전하당 전기력입니다(임의 충전의 힘은 전기장 전하 시간일 것입니다). 전기장은 전기와 전하의 영향에 근본적이며 전기 전압과 같은 다른 중요한 수량과도 밀접한 관련이 있습니다.
이 실험은 전극에 의해 생성된 전기장과 일치하는 오일에 전기 분말을 사용하여 전기장 라인을 시각화합니다. 또한 이 실험에서는 전기장이 충전을 유도하는 방법과 충전이 인근 소다 캔에 대한 충전된 막대의 효과를 관찰하여 전기장에 어떻게 반응하는지를 보여줍니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
"전압"이라고도 하는 전기 전위는 단전당 전기 전위 에너지를 측정합니다. 전기장은 스칼라 수량이며 많은 전기 적 효과의 기본입니다. 잠재적 인 에너지와 마찬가지로 물리적으로 의미있는 것은 전기 잠재력의 차이입니다. 예를 들어, 전기 전위의 공간 변화는 전위와 관련이 있으며, 이는 전하에 전기력을 초래한다. 저항기의 두 점 사이의 전기 전위 차이는 전류 흐름을 구동한다.
이 실험은 볼트 미터와 형광관을 모두 사용하여 충전된 구체에 의해 생성된 전기 전위(더 정확하게는 공간의 두 점 간의 잠재적 차이)를 보여줍니다. 이 실험은 전기장에 수직인 등구 표면의 개념을 보여줍니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
자기장은 전류와 같은 이동 전하에 의해 생성될 수 있다. 전류에 의해 생성된 자기장은 Maxwell 방정식에서 계산할 수 있습니다. 또한, 바 자석과 같은 자기 물체는 재료 내부의 미세한 전하 역학으로 인해 자기장을 생성할 수도 있다. 자기장은 자기장에 비례하는 힘으로 다른 이동 전하 또는 자기 물체에 자기력을 발휘합니다. 자기장은 전자기의 기본이며 나침반에서 자기 공명 이미징에 이르기까지 많은 실용적인 응용 분야를 뒷받침합니다.
이 실험은 자기장에 맞는 작은 나침반 바늘 자석을 사용하여 영구 바 자석뿐만 아니라 전류에 의해 생성 된 자기장을 보여줍니다. 이 실험은 또한 다른 전류 운반 와이어에 전류에 의해 생성 된 자기장에 의해 가해지는 힘을 보여줍니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
광전 효과는 빛이 빛을 비추면 금속으로부터 전자의 방출을 의미한다. 전자가 금속으로부터 해방되기 위해서는 빛의 주파수가 충분히 높아져서 광자가 충분한 에너지를 가질 수 있도록 해야 한다. 이 에너지는 광 주파수에 비례합니다. 광전 효과는 광자로 알려진 빛의 양자에 대한 실험적 증거를 제공했다.
이 실험은 일반 램프 라이트 또는 더 높은 주파수 및 광자 에너지를 가진 자외선(UV) 빛에 따라 충전된 아연 금속을 사용하여 광전 효과를 입증합니다. 아연 플레이트는 전경과 상대적인 충전량을 읽을 수 있는 기기인 전기스코프에 연결됩니다. 실험은 UV 빛이 일반 램프가 아니라 과도한 전자를 배출하여 음전하 아연을 배출할 수 있음을 보여줍니다. 그러나 어느 광원도 광전 효과로 방출되는 전자가 있다는 사실과 일치하여 양전하 아연을 배출할 수 없습니다.
Physics II
출처: 용피 첸 박사, 물리학 및 천문학학과, 과학 대학, 퍼듀 대학, 웨스트 라파예트, IN
간섭과 회절은 수파에서 빛과 같은 전자파에 이르기까지 파도의 특징적인 현상입니다. 간섭은 동일한 종류의 두 파도가 겹쳐서 크고 작은 파진폭의 교대 공간 변화를 제공하는 현상을 말합니다. 회절은 파도가 조리개를 통과하거나 물체를 돌아다니는 현상을 말하며, 파도의 다른 부분이 간섭하고 크고 작은 진폭의 공간 교대를 야기할 수 있다.
이 실험은 각각 단일 슬릿과 이중 슬릿을 통과하는 레이저 빛의 회절 및 간섭을 관찰하여 빛의 파력을 보여줍니다. 슬릿은 알루미늄 호일에 면도날을 사용하여 절단되고 호일 후 배치된 화면에 빛과 어두운 프린지가 번갈아 가며 포일의 슬릿(들)을 통해 빛이 비추는 패턴으로 나타나는 특징적인 회절 및 간섭 패턴이 나타납니다. 역사적으로, 빛의 회절과 간섭에 대한 관찰은 빛이 전자파임을 확립하는 데 중요한 역할을 했습니다.
Physics II
