[부산대 일반물리학실험2]전류가 만드는 자기장

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오늘은 해피캠퍼스에서 발췌한 “[부산대 일반물리학실험2]전류가 만드는 자기장” 내용을 정리하여 알려드립니다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정 값
6. 실험 결과
7. 실험 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고문헌 및 출처

 

본문내용일부

1. 실험 목적
교류전류가 흐르는 도선에서 발생하는 자기장을 탐지 코일에 유도되는 기전력을 측정하여 구한다. 이로써 직선도선, 원형도선, 주변 및 솔레노이드 내부의 자기장 세기의 분포를 구하고 Faraday유도법칙과 Biot-Savart 법칙에 대해 배운다.

2. 실험 원리
(1) 전류가 만드는 자기장
Ampere 고리 내부의 알짜 전류를 라고 하면 Ampere 법칙은 다음과 같다.

여기서 는 투자 상수이며, 그 값은 이다.

1) 긴 직선 도선에 흐르는 전류가 만드는 자기장

전류 가 흐르는 무한히 긴 직선 도선을 중심으로 반지름이 r인 Ampere 고리에서 자기장의 크기 B는 고리 위의 모든 점에서 같다. 길이 요소 의 방향을 고리의 접선 방향으로 잡고 반시계 방향으로 적분하여 Ampere 법칙을 적용하면 를 얻는다. 즉,

2) 원형 전류 고리가 만드는 자기장

책의 그림은 전류 가 흐르는 반지름 R인 원형 도선의 뒤쪽 반이다. Biot-Savart법칙과 오른손 법칙에 의하면 P점에서 전류 요소 가 만드는 자기장 는 와 에 모두 수직하 므로 지면과 같은 평면에 있고 그림과 같은 방향을 갖는다.
를 중심축에 평행한 성분 과 수직한 성분 로 나누면 고리의 모든 전류 요 소에 대해 수직 성분 의 합은 대칭성에 의해 0이 된다. 따라서 P점에서의 자기장은 축에 평행한 성분만 남는다. 그림의 에 대해 Biot-Savart 법칙을 적용하면 자기장은

이며, =이므로

이다. r과 를 z로 표현하여 위의 식에 대입하면

가 되며, , R, z가 모든 에 대해 같은 값을 가지고, 이므로 적분하면

이 된다.

3) 솔레노이드의 자기장

매우 긴 이상적인 솔레노이드를 가정하면 자기장 는 솔레노이드 내부에서는 균일하고 외부에서는 0이다. 그림과 같이 Ampere 고리를 직사각형 abcd로 정하면 는 다음과 같이 네 구간에 대한 적분의 합으로 쓸 수 있다.

 

참고문헌

일반 물리학 실험, 제5판, 부산대학교 물리학교재편찬위원회 지음, 청문각출판사, 2018년 발행, 27장 전류가 만드는 자기장

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