커패시터(축전기)의 충전과 방전
커패시터(축전기)는 전기 에너지를 전기장의 형태로 저장하는 부품입니다.
커패시터와 저항을 아래 그림처럼 브레드보드에 조립한 다음, 왼쪽의 충전 스위치를 누르면 커패시터가 충전되면서 커패시터의 단자 전압이 측정됩니다.
브레드보드에 구성된 회로를 일반적인 회로도로 표현하면 다음 그림과 같습니다.
왼쪽의 충전 스위치를 누르면 전류가 흐르며 커패시터가 충전됩니다.
커패시터의 충전이 완료되면 전류가 더 이상 흐르지 않는데, 이때 커패시터의 단자 전압은 공급전압인 3.3V와 같아집니다. 이것은 전하가 많이 쌓일수록 커패시터의 전압이 증가하기 때문입니다.
오른쪽의 방전 스위치를 누르면 커패시터는 저항을 통과하여 방전됩니다.
커패시터에 충전된 전하가 소모되면서 커패시터의 단자 전압이 0에 수렴하게 됩니다.
충전과 방전 과정을 브레드보드에서 흐르는 전류의 길로 나타내보면 다음 그림과 같습니다.
Tips
저항의 리드선을 정리하고 남은 리드선을 재활용하여 점퍼선을 만들 수 있습니다. 아래 그림을 참고하세요.
점퍼선은 브레드보드의 1칸만 점핑합니다.
주의할 점
충전 스위치와 방전 스위치를 동시에 누르지 마세요.
두 스위치를 동시에 누르면 전원의 합선이 일어나며, 마이크로비트 시스템이 리셋되어 버립니다.
커패시터(축전기)의 충전과 방전 실험
- 화면의 안내에 따라 브레드보드에 점퍼선, 스위치, 저항, 축전기를 조립하여 충·방전 회로를 구성한다.
- Micro:bit에 페어링한다.
- 오른쪽의 방전 스위치를 충분히 눌러서 축전기의 단자 전압이 0V가 되도록 한다.
- 왼쪽의 충전 스위치를 눌러서 충전을 시작한다. 축전기의 단자 전압이 특정 전압(예: 3V)까지 올라가는 데 걸리는 시간을 측정하여 기록한다.
축전기 용량 축전기의 단자 전압이 ( )V에서 ( )V까지 올라가는데 걸리는 시간(초) ( )μF ( )μF ( )μF - 축전기의 용량을 가로축으로, 충전에 걸리는 시간을 세로축으로 하는 그래프를 그린다.
- 그래프에서 경향성을 찾아본다.