3. 직렬회로, 병렬회로
1. 실험목적
(1) 옴의 법칙을 이용하여 저항의 직렬, 병렬회로에서 전압강하와 전압상승을 이해하고 전류를 측정하는 방법을 습득한다.
(2) 직렬연결된 저항들의 합성등가 저항을 실험을 통해 확인한다.
(3) 병렬회로의 전제 전류는 각 가지에 흐르는 전류의 합과 같다는 사실(키르히호프 전류법칙)을 실험적으로 증명한다.
2. 실험이론
회로에서 여러개의 저항들은 직렬, 병렬 또는 직렬병렬의 형태로 연결된다. 이 저항들의 연결에 의한 전류를 구하기 위해서는 회로를 해석해야 한다.
1) 직렬회로
회로 안에서 여러개의 저항이 직렬로 연결되어 있을 때 직렬연결이라고 하며 그 등가저항은 개별저항의 합과 같다.
저항 R에 전압 V가 인가된 회로의 저항에 흐르는 전류 I는 옴의 법칙으로부터I=VR이다.
직렬회로에 흐르는 전류는 항상 일정하고 인가되는 전압이 일정할 때 저항의 값이 커질수록 전류의 값은 감소한다.
특정 회로의 저항 R은 회로에 흐르는 전류 I를 측정한 후, 옴의 법칙에 I와 V를 대입하여 구한다. 즉R=VI이다. 이 식은 두개 이상의 저항들이 직렬로 연결되었을 때도 적용할 수 있다.
위의 그림은 저항 5개가 직렬로 연결된 직렬회로이고 전압 양단 사이의 등가저항은Rs=R1+R2+R3+R4+R5이다. 이 회로에 흐르는 전류와 전압은 옴의법칙을 이용하여 다음과 같이 구할 수 있다.I=VRs,V1=R1I,V2=R2I,⋯,V5=R5IV=V1+V2+⋯+Vn
2) 병렬회로
회로 내부에 여러개의 저항이 병렬로 연결되어 있을 때 그 회로를 병렬연결이라고 하고, 전체 등가저항은 개별저항의 역수의 합의 역수이다.
앞에서 언급했듯이 병렬연결에서의 전체 등가저항은 개별저항의 역수의 총합의 역수 즉1Rs=1R1+1R2+⋯+1Rn이다. 이 식은 옴의법칙으로부터 유도된다.
3. 실험
1) 사용기기 및 부품
직류전원공급기, 디지털 멀티미터, 직류전압계, 직류전류계
저항: 100Ω,220Ω,470Ω,1kΩ,2.2kΩ
2) 실험과정
(1) 전압계와 전류계를 극성에 유의하면서 위의 왼쪽그림의 직렬회로에 연결한다.
(2) 전원전압을 2V로 한 다음 전류계 A와 전압계 V,V1,V2,V3의 지시값을 기록한다.
(3) 전원전압을 4,6,8,10V로 변화시키면서 (2)의 방법을 반복하여 결과값들을 기록한다.
(4) 전압계와 전류계를 극성에 유의하면서 위의 오른쪽그림의 병렬회로에 연결한다.
(5) 전원전압을 2V로 한 다음 전류계 A,A1,A2,A3, 전압계 V의 지시값을 기록한다.
(6) 전원전압을 4,6,8,10V로 변화시키면서 (5)의 방법을 반복하여 결과값들을 기록한다.
참고자료:
최신 기초전자전기실험, 김동일 외4인 공저, 두양사
http://unit.mokwon.ac.kr/board/loadFile.ht?fileNm=2011%2F201103281138051971815637145034.pdf
http://college.kangwon.ac.kr/include/board/download.jsp?section=VEHICLE_STU0044&fileName=4600520151202162202.pdf&part=1&seq=162976
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