e/m값 측정-예비보고서

목차

실험제목

제출일자

실험 목적

이론

실험장비

실험방법

예비고찰

본문내용

된 자기장이 같은 방향이 되도록 흘러야 한다. 중간점에서의 자기장의 세기는 위의 식과 같이 얻어진다.
실험장비
Regurated DC power supply 1
Kilovolt power supply 1
비전하 측정 장치 set 1
multimeter 1
실험방법
(1) 비전하관의 필라멘트(filament) 가열
필라멘트에 교류전압을 0V부터 서서히 증가, 5∼6V 까지만 걸어준다. (이때, 필라멘트가 빨갛게 발광하므로 눈으로 확인) <주의> 5∼6V를 처음부터 걸어주면 필라멘트가 끊어질 수 있으므로 반드시 0V부터 서서히 증가시킨다. 측정이 끝나고 전원을 끌 때도 0V로 낮춘 후 전원을 끈다.
(2) 음극-양극 사이에 고전압 걸어주기
음극(K)과 양극(P)사이에 직류 전압을 0V 부터 천천히 증가시켜 준다. 약 100V 이상부터 갑자기 전자 선속의 궤적이 눈에 보이기 시작한다. 전압의 증가에 따라 전자 속도가 증가하고 궤적이 가늘고 선명해진다. 전자 크기는 전자 궤적이 눈에 보이는 100V 근방으로 제한한다. <주의> 처음부터 100V 이상을 걸면, 음-양극 사이에 큰 전류가 흘러 필라멘트를 끊어지게 할 우려가 있으므로 반드시 0V 부터 서서히 증가 시킨다. 측정을 끝낼 경우에는 0V로 낮춘 후 전원을 끈다.
(3) 헬름홀츠 코일 양 끝에 직류전원(12V DC)연결
가변저항을 조정하여, 코일에 직접 공급되는 전압을 서서히 증가시켜서 자기장(B)를 증가시킨다. 가변저항을 중간 이하의 위치에 둔다. 전류 값은 1.2Amp 근방으로 제한한다.
(4) 비전하관 내에서 전자 궤적이 원이 되게 한다
음극-양극 사이 직류전압(100V∼200V DC)와 헬름홀츠 코일의 직류전류 (1~2 Amp DC)의 두 양을 제한된 범위 내에서 조절하여 원 궤도가 선명하게 보이게 한다.
(5) 하나의 원궤도에 대하여 음극-양극 사이의 전압 V, 전자의 원궤도 반경 r, 헬름홀츠 코일에 흐르는 전류 I, 헬름홀츠 코일의 반경 a, 코일의 감긴 횟수 N를 이론의 (3)과 (2)식에 대입하여 최종적으로 비전하을 구한다.
(6) 음극-양극 사이의 전압, 코일에 흐르는 직류전류를 적당히 조절하여 각각 다른 조건에서 비전하의 값을 10회 이상 측정하도록 한다.
이제 위에서의 측정이 모두 끝났으면 비전하 값을 계산기를 열심히 두드려서 계산해 보도록 한다. 계산에 필요한 식은 이론에도 있지만 다시 한번 아래와 같다.
(a)
(b)
식 (a)에서 자기장 B는 식 (b)을 계산하여 얻을 수 있고, 가속 전압 V는 위에서 측정한 전압이 되며 반경 r은 측정으로 얻은 전자 선속의 반경이 된다.
식 (b)에서 는 진공 상태에서의 투자율, N은 코일의 감은 수, R은 코일 반경, I는 측정한 전류, x는 코일로부터 유리구 중심까지의 거리가 된다.
예비고찰
실험방법과 그에 따른 이론,
인터넷에서 찾아본 다른 학교 학생들의 결과를 참고한 바,
몇가지 의문이 생겼다.
모두 전자 선속의 모양이 완전한 원이 아니였으며,
전자 선속의 색은 녹색으로 관찰되는 것으로 보였다.
현재 짧은 지식으로는 그 이유를 모르겠으나,
실험을 하면서, 혹은 그 후에라도 알아보겠다.
또한, 비전하 값을 왜 구하는지 아직은 잘 모르겠다.
실험을 하면서, 눈으로 보면서 한 번 더 생각해보아야할 과제다.
참고 문헌
새로운 물리학 실험, 김수선외 1인, 상학당
일반물리학 실험, 한국 물리학회, 청문각
현대 물리학, 김현창외 6인, 광림사
물리학총론, D.Halliday 외 저, 김종오 역, 교학사
Foundations of Electromagnetic Theory, Reitz저, 탑출판사
기초물리학실험(A), 한국물리학회 편저, 이우출판사

키워드

e/m값 측정,   예비보고서,   톰슨관,   헬름홀츠코일