부산대학교 일반물리학실험2 전류가 만드는 자기장 보고서

안녕하세요!! 평생 행복 하고픈 콘텐츠 마케터 입니다.

오늘은 해피캠퍼스에서 발췌한 “일반물리학실험2 전류가 만드는 자기장 보고서” 내용을 정리하여 알려드립니다.

 

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고 문헌 및 출처

 

본문내용일부

1. 실험 목적
교류전류가 흐르는 도선에서 발생하는 자기장을 탐지 코일에 유도되는 기전력을 측정하여 구한다. 이로써 직선도선, 원형 도선 주변 및 솔레노이드 내부의 자기장 세기의 분포를 구하고 Faraday 유도법칙과 Biot-Savart법칙에 대해 배운다.

2. 실험 원리

(1) 전류가 만드는 자기장
Ampere고리 내부의 알짜 전류를 라고 하면 Ampere 법칙은 다음과 같다.
(26.1)
여기서 는 투자 상수이며, 그 값은 4이다.
1) 긴 직선 도선에 흐르는 전류가 만드는 자기장
전류 I가 흐르는 무한히 긴 직선도선을 중심으로 반지름이 인 Ampere 고리에 자기장의 크기 B는 고리 위의 모든 점에서 같다. 길이요소 의 방향을 그림과 같이 잡고 반시계방향으로 적분하여 Ampere 법칙을 적용하면 를 얻는다. 즉,
(26.2)

2) 원형 전류 고리가 만드는 자기장
전류 I가 흐르는 반지름 R인 원형도선의 뒤쪽 반에서 Biot-Savart 법칙과 오른손법칙에 의하면 P점에서 전류요소 i가 만드는 자기장 는 와 에 모두 수직하므로 지면과 같은 평면에 있고 그림과 같은 방향을 갖는다.
를 중심축에 평행한 성분 과 수직한 성분 로 나누면 고리의 모든 전류요소에 대해 수직성분 의 합은 대칭성에 의해 0이 된다. 따라서 P점에서의 자기장은 축에 평행한 성분만 남는다. 에 대해 Biot-Savart 법칙을 적용하면 자기장은
(26.3)
이며 =이므로
=
(26.4)
이다. 과 를 z로 표현하여 위 식에 대입하면 는
=
(26.5)
가 되며 I, R, z가 모든 에 대해 같은 값을 가지고 이므로 적분하면
B(z)=
(26.6)
가 된다.

(2) 탐지코일을 이용한 교류 자기장의 측정
각진동수 로 시간에 따라 크기가 변하는 자기장 B(t) 속에 자기장의 방향과 나란하게 탐지코일이 놓여 있다고 하면 탐지코일을 지나는 자기다발 의 크기는 가 된다. 여기서 는 각각 탐지코일의 감긴 횟수와 코일의 단면적을 나타내며, 탐지코일에 유도되는 기전력 는 Faraday 법칙에 따라
(26.9)
가 된다. 따라서 유도기전력의 진폭 가 되고, 이를 자기장에 대해 다시 고쳐 표현하면
(26.10)
가 된다. 한편 유도 기전력의 실효값을 라고 하면 알고자 하는 교류 자기장의 실효값 는
(26.11)
가 되므로 탐지 코일에 유도되는 유도 기전력을 측정하면 교류 자기장을 계산할 수 있다.

 

참고문헌

일반물리학실험, 제4판, 물리학교재편찬위원회, 청문각, 2017, p. 238~248

해당 자료가 필요하신 분은 “일반물리학실험2 전류가 만드는 자기장 보고서” 으로 해피캠퍼스에서 확인해 보세요.