이 실험 소개
전지, 스위치, 직렬로 연결된 전류계, 그리고 부품 양단에 병렬로 연결된 전압계를 사용해 기본적인 옴의 법칙 회로를 구성합니다. 전원 전압을 바꾸면서 두 계기의 측정값을 기록하고 전류-전압 그래프를 그립니다. 고정 저항기는 원점을 지나는 직선 그래프를 나타내지만, 필라멘트 전구는 가열될수록 저항이 커지므로 곡선이 됩니다.
학습 목표
- 전류계를 부품과 직렬로, 전압계를 부품과 병렬로 연결하세요
- 고정 저항기를 흐르는 전류가 양단의 전압에 비례함을 보여 주세요
- 계기 측정값을 사용해 R = V / I로 저항을 계산하세요
- 필라멘트 전구가 옴의 법칙을 따르지 않는 이유를 설명하세요
사용 방법
- 1고정 저항기를 20 Ω으로 유지하세요. 전원을 0 V로 설정하고 ‘측정값 기록’을 누르세요.
- 2전압을 1 V 또는 2 V씩 높이고 각 단계에서 측정값을 기록하세요.
- 3원점을 지나는 직선과 각 점을 비교한 다음, 저항을 바꾸고 두 번째 데이터 세트를 기록하세요.
- 4필라멘트 전구로 바꾸고 측정을 반복한 뒤 그래프의 모양을 비교하세요.
모델
가정
- 전지에는 내부 저항이 없으므로 스위치를 닫으면 전압계에 전체 공급 전압이 표시됩니다.
- 전류계의 저항은 0이고 전압계에는 전류가 흐르지 않습니다.
- 고정 저항기는 일정한 온도를 유지합니다. 전구 곡선은 소형 텅스텐 필라멘트 램프의 실측값에 맞춘 경험적 곡선입니다.
- 움직이는 점은 전하의 흐름 방향을 나타냅니다. 점의 속도는 과장되어 있지만 전류에 비례합니다.
수업에서 해 보기
- Q120 Ω 저항 양단의 전압을 두 배로 높입니다. 전류는 어떻게 되나요?
- Q2저항기 두 개는 두 개의 직선을 나타냅니다. 어느 직선이 저항값이 더 큰 저항기에 해당하며, 기울기로 어떻게 알 수 있나요?
- Q3스위치를 여세요. 전지에는 아직 전압이 있는데 왜 두 계기 모두 0을 가리킬까요?
- Q4전구의 측정값을 사용해 1 V와 12 V에서의 R을 계산하세요. 왜 값이 이렇게 다를까요?
자주 묻는 질문
옴의 법칙은 실제로 무엇을 말하나요?
온도가 일정하게 유지되는 금속 도체에서 전류는 도체 양단의 전위차에 정비례합니다. 일정한 비율 V / I가 그 도체의 저항입니다.
전류계는 왜 직렬로 연결하고 전압계는 왜 병렬로 연결하나요?
전류계는 한 지점을 통과하는 전하를 측정하므로 전류 전체가 전류계를 지나야 합니다. 전압계는 두 지점에서 전하당 에너지를 비교하므로 부품 양단에 연결합니다.
필라멘트 전구는 고장 난 저항기인가요?
아니요. 모든 지점에서 R = V / I 관계는 성립하지만, 온도에 따라 저항이 변하므로 I-V 그래프는 직선이 아니라 곡선입니다. 이런 부품을 비오믹 소자라고 합니다.
전자는 왜 전류 화살표와 반대 방향으로 움직이나요?
전자가 발견되기 전에 전류의 방향은 양전하가 흐르는 방향으로 정의되었습니다. 금속선에서는 전자가 전하를 운반하며 음극에서 양극으로 이동합니다.