[물리학실험] 양자 꿰뚫기

소개글

[물리학실험] 양자 꿰뚫기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 도입
2. 배경 이론
3. 실험 기구 및 방법
　(1) 실험 기구
　(2) 실험 방법
4. DATA & RESULT
　(1) 흑연 연필심의 전기 전도 특성 조사; 4 탐침법
　(2) 흑연 연필심과 스테인레스 철 탐침 사이의 접촉 저항 조사; 2 탐침법
　(3) 구리 전선의 전기 전도 특성 조사; 4 탐침법
5. DISCUSSION
　실험 1.샤프 연필심의 전기전도도 측정
　실험 2. 흑연 연필심과 스테인레스 철(탐침) 간의 접촉 저항 조사
　실험 3. 구리 전선의 전기 전도 특성 조사

본문내용

진다고 할 수 있다.
전기 저항 R = 0.2238 ± 0.00005 Ω
--------------------------------
비저항은
식에 적용
비저항 ρ = 0.00058 ± 0.000005 Ωcm
----------------------------------
알려진 흑연의 비저항값 의 약 100배 이상의 값이 도출되었다.
I-V0 graph->
최소 제곱 회귀 직선의 R-square 값이 0.6172이므로 직선 관계로 설명되는 data 비율은 61%이다.
이는 매우 작은 값으로 이 data들이 직선 관계가 아님을 강하게 시사한다.
(2) 흑연 연필심과 스테인레스 철 탐침 사이의 접촉 저항 조사; 2 탐침법
전압(전류) 전극 사이의 거리 l = 5 ± 0.05 cm
--------------------------------------------------
지름 d = 5 ± 0.5 mm
-------------------------------
전류 I(㎂) 전압 V(V)
----------------------------------------
1 0.203
5 1.45
9 1.537
15 1.612
20 1.653
32 1.736
41 1.786
---------------------------------------
I - V의 가웃 로그 그래프( log I - V)->
이 data의 추세선 의존도는 85%로 비교적 큰 값이다.
즉 data의 직선 관계를 인정할 수 있다.
(3) 구리 전선의 전기 전도 특성 조사; 4 탐침법
전압 전극 사이의 거리 l = 5 ± 0.05 cm
--------------------------------------------
지름 d = 4.5 ± 0.05 mm
-------------------------------
전원 전압 Vo(V) 전류 I(mA) 전압 V(mV)
-----------------------------------------------------------
0.04 13 0.3
0.05 16 0.4
0.09 26 0.7
0.13 31 0.6
0.18 51 0.8
0.29 62 1
-----------------------------------------------------------
I - V GRAPH->
data의 추세선의 의존도가 89%이므로 data간 관계가 직선형에 가깝다고 할 수 있다.
I - V0 GRAPH->
직선 회귀의 결과 data의 추세선 의존도가 95%이므로 직선형에 가깝다고 할 수 있다.
5. DISCUSSION
실험 1.샤프 연필심의 전기전도도 측정
①회귀 분석 결과 I - V graph는 확실히 직선 관계를 가진다고 할 수 있다. 실험 1은 4탐침법으로 행하였기 때문에 접촉 저항의 가능성이 배제되고 고전적 관점에서의 전기전도성 원리인 옴(Ohm)의 법칙에 준한 결과가 도출되었다.
②회귀 분석 결과 I - V0 graph는 data의 직선성이 약하게 드러났다.
이는 ㉠단순히 power supplier에서의 전압과 전류와의 관계를 data화 한 것이다.
㉡ 일정 전압이 되어야 전류가 흐르기 시작하는 샤프심의 특성 때문이다. 이는 흑연의 전기전도특성에 기인하는 것으로 생각된다. 흑연은 얇은 층상 구조로 이루어져 동(同)층의 입자간에는 전기전도가 원활히 일어나지만 층간 간격이 비교적 커서 결합이 약하고 따라서 전자들의 왕래가 어려워 전기전도도가 작다.
옴의 법칙의 형태를 찾기 위해서는 ①에서와 같이 V의 의미를 지닌 V값과 I가 짝지어져야 한다.
③전기전도도 측정(Edited-> 비저항 측정)
다른 모든 조건이 동일한 상태에서의 측정이므로 전기전도도 측정은 비저항의 측정으로 대신할 수 있다(전기전도도는 비저항의 역수).
실험 결과 얻어낸 비저항 값은 실험 지침서에 제시된 ‘일반적으로 알려진 비저항’값의 10000배에 가까운 큰 값이었다.
실험치0.00058
일반치(712)
단위 등 계산 과정에서의 오차를 최대로 줄인 실험이었으므로 샤프심 자체에 발생 가능한 문제점들을 타진해 보았다.
㉠ 고전력의 전류로 인한 샤프심의 성질 변화
㉡ 샤프심 제작시에 흑연과 같이 들어간 물질(ex; 고무)로 인한 비저항의 변화
실제 실험시에 지침서에서 지적한대로 적절한 크기 이상의 전류를 흘렸다고 판단이 되면 곧바로 샤프심을 바꾸었으므로 ㉠의 발생 가능성보다는 ㉡의 가능성이 더 크다고 생각된다.
실험 2. 흑연 연필심과 스테인레스 철(탐침) 간의 접촉 저항 조사
I - V 의 가웃 로그 그래프(semi-log graph; log I - V 또는 I - eV)가 대체적으로 직선형으로 조사되었으므로 I-V graph의 직선형이 부정됨은 확실하다.
첫 번째의 data를 제외하면 나머지 data 의 회귀직선 의존도 R-square가 95%이상이 나오므로 첫data 측정시에 대체로 큰 오차가 난 듯하다(이상점; 접촉점의 위치가 바뀌었을 가능성이 높음).
potential 장벽의 폭 L; 졸고의 6.4 의 이론 참고
α = κLe/W = (2me2L2/ħ2W)1/2 이므로
차례로 대입하면
L= 2.98 m
로 터무니없이 큰 값이 나온다. 역시 data의 오차가 큰 데서 기인하는 문제인 듯 하다.
실험 3. 구리 전선의 전기 전도 특성 조사
①회귀 분석의 결과 I - V, I - V0 graph 모두 추세선에의 의존도가 상당히 높다. 4탐침법에 의한 실험이므로 접촉저항의 요소가 배제되고 전체적으로 Ohm의 법칙을 따르므로 I - V graph는 직선형을 나타낸다. I - V0 graph의 경우, 1번 실험에서와는 달리 직선성이 강하게 나타났는데 구리 도선의 경우 작은 저항에도 전류가 흐르는 ‘좋은 전기전도도’를 갖추었으므로 I - V0 graph또한 직선형으로 나타난다.
②비저항을 구해보면, ( 식에 적용)
0.00127
역시 알려진 값의 10000배 이상에 달하는 값이 산출되었다. 역시 실험시 부주의로 인한 오차의 발생에서 밖에 원인을 찾지 못했다. data 값의 단위의 산출에 실패한 데 이유가 있을 수 있으나 현 단계에서 다른 오차의 원인 추측하는 것은 힘들다.

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