EBS 수능특강 독서 046 저울의 원리 (양팔저울, 대저울, 전자저울) feat 압전효과 [중]

저울의 원리 (양팔저울, 대저울, 전자저울) feat 압전효과

1. [양팔저울]은 [중앙]에 [받침점]이 있고 양쪽 [같은 위치]에 [접시]가 있다. [한쪽] 접시에는 [추]를 [다른 한쪽] 접시에는 측정할 [물체]를 둔다. [수평]이 되면 [추의 무게]가 [물체의 무게]다. 그런데 이 저울은 지나치게 [무겁] 거나 부피가 [큰] 물체는 측정하지 [못 한다.] 이러한 점을 [보완] 한 것이 [대저울]이다. [받침점]에 [가깝게] [물체]를 걸고 [반대쪽]에 [추]를 걸고 [움직] 인다. [평형]을 이루는 [지점]에서 무게를 [계산]한다. [공식]은 [물체 무게 x 받침점과 물체 사이의 거리=추의 무게 x 받침점과 추 사이의 거리]이다.
   
   
2. [전자저울]은 [금속 탄성체]로 된 [무게 측정 소자(부품)]로 물체의 무게를 잰다. [물체]를 저울에 올리면 [금속 탄성체]는 물체의 [압력](스트레스:단위 면적당 작용힘)에 의해 [길이가 변한다.] 이때 [변화된 길이]를 [원래 길이]로 [나누] 면 [스트레인 값]을 구할 수 있다. 그리고 이 스트레인 값에 따라 무게 측정 소자에 장착된 [스트레인 게이지]에 [저항 값]이 [변]하게 된다. 이 저항 값을 100~200배 [증폭]시키고 [전기 신호]로 전환하고 마지작으로 [디지털 신호]로 표시하면 그 값이 물체의 무게인 것이다. 당연히 물체의 [압력, 스트레인 값, 저항 값]은 [비례] 관계이다. 전자저울의 생명인 [금속 탄성체]는 [탄성 한계점이 높아야] 스트레스에 대해 [일정]한 스트레인을 발생시킬 수 있다. 만약 금속 탄성체가 원래대로 [복귀하지 않는] [소성 변형]이 일어난다면 그 전자저울은 더 이상 [저울로서 역할]을 하지 [못] 하는 것이다. 그래서 지니치게 [큰 물체]를 측정하는 것은 전자저울에 [적절하지 않다.]
   
   
3. 스트레인이 생기지 않을 정도로 [작은 물체]의 무게를 측정하기 위한 저울이 [초정밀 미량 저울]이다. 이 저울은 [압전 효과]를 이용한 저울이다. 압전 효과란 결정 구조를 가진 [결정성 재료]에 [압력]을 가하면 그에 비례하여 전압이 발생되거나(1차 압전 효과) 반대로 결정성 재료의 결정면에 [전압]을 걸어 주면 [재료에 변형]이 생기는 효과(2차 압전 효과)를 말한다. [초정밀 미량 저울]은 압전 효과가 일어나는 대표적인 결정성 재료인 [수정]을 이용한 [수정 진동자 세선]를 통해 무게를 측정한다. [수정]은 절단 [각도]와 [두께]에 따라 [고유 주파수]가 달라지는데 [일정한] 두께와 방향으로 잘린 [수정 결정판]을 넣은 것이 [수정 진동자 센서]이다. 이 센서에 [특정 주파수]의 [전압]이 가해지면 [수정] [고유의 주파수]에서 [공진](진폭이 급격히 늘어나남)이 발생한다. 이제 저울에 [물체]를 올리면 질량 변화에 [민감한 공진 주파수]가 물체 무게에 [비례]하여 [감소]하게 된다. 이 [공진 주파수의 변화량]을 통해 [무게]를 측정할 수 있는 것이다.
   
   
   

1. 양팔 저울은 가운데 받침점을 두고 팔이 수평을 이루도록 양쪽에 접시를 놓는다. 측정하고자 하는 물체를 한쪽에 다른 한쪽에는 추를 수평이 이루어지도록 놓는다. 수평을 이룬 추의 무게가 물체의 무게가 된다. 무거운 물건을 잴 수 없다는 단점을 가진다.
2. 대저울은 수칙가 표시된 긴 봉의 끝에 측정하고자 하는 물체를 걸고 그다음에 받침점을 두고 또 그다음에 추를 건다. 다른 무게의 추로 교체하기도 하고 추의 위지를 받침점에 가깝게 멀게 조정하여 수평점을 찾는다. 막대에 표시된 수치를 통해 거리 값을 구하고 추의 무게 값을 공식에 함께 대입하여 물체의 무게를 잰다.
3. 전자저울은 물체가 저울의 단위 면적에 가하는 힘인 압력에 따라 변화하는 탄성체의 길이 변화를 이용해 무게를 측정한다. 물체의 압력은 스트레스고 그 스트레스에 따라 변화하는 탄성체의 길이는 스트레인이다. 스트레인에 따라 변화하는 스트레인 게이지의 저항 값을 통해 물체의 무게를 알 수 있다.
4. 초정밀 미량 저울은 수정 결정판에 특정 주파수의 전압을 가해 수정 자체가 가지는 고유 주파수에 공진을 발생시키고 물체의 무게에 따라 줄어드는 공진 주파수의 변화량을 통해 물체의 무게를 측정한다.

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