1. 주제 : 전하가 만드는 전기장과 등전위선의 가시화, 그리고 옴의 법칙과 축전기 충·방전 실험을 통한 전자기학의 기초 및 동역학적 특성 규명

2. 동기 : 눈에 보이지 않는 전기력선의 흐름을 등전위선 측정을 통해 시각적으로 확인하고, 전기용량과 시간 상수의 관계를 지수함수 모델로 분석함으로써 교과서 속 이론이 실제 회로에서 어떻게 구현되는지 정밀하게 검증하고자 했습니다. 특히 이상적인 물리 법칙과 실제 실험 데이터 사이의 괴리를 유발하는 환경적 변수를 탐구하여 과학적 문제 해결 능력을 키우기 위해 본 포트폴리오를 구성했습니다.

결과물 : 실험 데이터 분석 그래프, 등전위선 매핑 결과지, 오차 분석 및 고찰이 포함된 종합 보고서 3종

3. 진행 과정

Step 1. 등전위선 및 전기장 분석 : 전극의 배치에 따른 전위차를 측정하여 등전위선을 그리고, 전기장과 등전위선이 수직임을 확인했습니다. E=−ΔV/Δs 식을 활용하여 전위 변화율에 따른 전기장의 세기를 정량적으로 계산했습니다.

Step 2. 회로 소자의 오차 및 특성 탐구 : 탄소 저항의 색 코드와 실측값을 비교하여 오차 범위를 확인하고, 다이오드(발광/정류용) 실험을 통해 옴성 물질과 비옴성 물질의 전류-전압 특성을 비교 분석했습니다.

Step 3. Faraday 얼음통 및 축전기 실험 : 정전기 유도 현상을 전위계로 측정하고, 가변 축전기의 간격 변화에 따른 전기용량 변화(C∝1/d)를 확인했습니다.

Step 4. 충·방전 동역학 분석 : 축전기의 충·방전 시 전압 변화가 지수함수(e
−t/τ
)를 따름을 데이터로 증명했습니다. 시간 상수(τ)의 이론값과 실험값 사이의 오차(약 5.32% 등) 원인을 분석하며 회로 내 내부 저항의 영향을 고찰했습니다.

4. 포트폴리오 특징
목차 :

전자기장 탐구: 등전위선과 전기장의 관계 역설

회로 기초: 옴의 법칙과 소자별 저항 특성 데이터

정전기 및 축전기: 정전기 유도 메커니즘과 Q-V-C 상관관