MBL 전하 센서를 이용한 전기용량 측정 원리에 대한 물 비유
Water analogy for measurement of capacitance using MBL charge sensor
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초록
작은 전하량 밖에 측정할 수 없는 MBL 전하 센서를 여러 번 사용하여 큰 전하량을 측정할 수 있는 방법에 대한 이해를 돕기 위하여 큰 원통형 용기에 담긴 물의 양을 작은 용기를 여러 번 사용하여 측정할 수 있다는 비유를 개발하였다. 용기에 담긴 물의 양은 축전기에 저장된 전하량에, 용기에 담긴 수면의 높이는 전압에 비유하였다. 큰 용기에 연결되는 작은 용기는, 큰 전기용량의 축전기에 연결되는 MBL 측정 장치 내부의 작은 전기용량의 축전기와 같은 역할을 한다. 다중 측정을 통한 수량(水量)의 측정은 작은 용기를 연결하였을 때 작은 용기로 넘어온 물의 높이는 큰 용기의 수면의 높이와 같아질 때까지 옮겨 온다는 점에 착안하였다. 이 논문에 사용된 물 비유를 활용하면, 학생들에게 전기용량과 전하량과 같은 추상적인 개념을 형성시키는데 도움을 줄 수 있을 것으로 생각된다.
Abstract
We have developed analogy between multiple uses of thin cylindrical tank for measuring the quantity of water in a large tank and multiple uses of MBL charge sensor for measuring charge in a large capacitor. The cross-section area of the large cylindrical tank can be determined by measuring many times water level of small cylindrical tank with a known cross-section area. The water quantity and the water level height in the tank is corresponding to quantity of charge and voltage of the capacitor, respectively. The thin tank connected to large tank plays a role of the small capacitor inside a MBL charge sensor, which is connected to the large capacitor. The measurement of water by multiple measurements is based on the principle that the water in the large tank is transferred until the water level of both tanks connected to each other is equal. Abstract concepts like capacitance and charge will be likely to be made sense, if the water analogy proposed in this article is utilized.
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