[물리실험] 자기유도 측정 실험 (예비+결과레포트)

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목차

1. 목적
2. 이론
3. 기구 및 장치
4. 실험 방법
5. 장비 설명
6. 실험 결과
7. 토의 및 고찰

본문내용

위치가 S1라면 BC전류가 흐르는 곳의 거리를 d라 하면
평형조건에서 Fd = mgS1가 성립함으로 F를 구할 수 있다.
5. 장비 설명
전류천칭이 수평이 되도록 무게 추를 설치 위치 중 적당한 위치에 얹고 다시 전류천칭과 헬름홀츠 코일에 전류를 공급하여 전류천칭에 작용하는 힘이 전류천칭의 전류가 흐르는 부분을 들어올리는 방향으로 작동하도록 전류의 방향을 잡는다. (만약에 힘이 작용하는 방향이 전류천칭을 아래로 내리는 방향으로 작용한다면, 코일에 공급하는 전류의 방향이나 전류천칭에 흐르는 전류의 방향 중 어느 것이나 한 쪽만 바꾸어도 된다.)
<사용중 주의사항>
전류 천칭은 민감한 부분으로 주위의 실험 요건에 의하여 실험이 좌우되므로 바람이 부는 곳이나 창가 근처처럼 주위의 불빛이 센서를 오동작하게 할 수 있다. 빛의 밝기를 수치로 표시하는 장치이므로 주위의 불빛에 영향을 많이 받는다.
그림 5. 2채널 정전류 전원장치
위의 그림은 이 실험에서 사용하는 전류조정모드의 2채널 전원장치의 그림이다.
각 채널당 75와트의 소비전력을 가질 수 있으며, 부하에 따라 다소 차이가 나지만 대개 5A의 전류를 공급한다.
임피던스표시 등은 사용하는 부하의 저항이 전류를 공급하기 어려울 정도로 커지게 되면 램프에 불이 들어온다. 사용중 부주의로 인한 순간적인 쇼트는 무방하나 계속하여 쇼트상태로 방치하면 내부가 가열되어 트랜지스터가 고장날 수 있으므로 주의하여야 한다,
뒤의 패널에 냉각용 팬이 부착되어 있으므로 사용 중 이물질 등이 들어가지 않도록 하여야 하며, 바람이 나오는 곳을 막지 않도록 한다.
전류 천칭의 저항이 거의 쇼트와 같은 상태이므로 소비용 부하저항을 중간에 삽입하여 사용한다. 즉 한 채널의 단자에서 나오는 출력이 소비용 저항박스에 연결하고 소비용 저항박스의 다른 단자가 전류천칭의 한단자에 연결하여 사용한다. 높은 전류상태에서 장시간 사용하면 소비용 부하박스에서 열이 심하게 나고 연기가 나는 수가 있으나 고장이 아니므로 안심하고 사용하여도 된다.
그림 7. 전류 천칭
위의 그림의 전류천칭의 구조이다.
코일 내에서 전류가 흐르는 부분의 길이는 33.5mm이며, 중심 축에서의 거리는 115mm이다.
추를 삽입하는 부분의 위치에 구멍이 있어 각각 10,20,30,40,50,60mm의 표기가 되어 있다. 이 길이는 중심회전축에서의 거리이다.
회전 균형질량이라고 표기되어 있는 것이 하는 역할은 전류 천칭의 균형을 잡을 때 회전시켜 무게 배분을 다르게 하여 균형을 잡을 수 있도록 되어있다. 이것을 회전시켜 중심 회전 축 쪽으로 옮기면 전류가 흐르는 부분의 무게가 커 그쪽방향으로 쏠리고, 회전막대를 그 반대 방향으로 한다면 반대 방향으로 전류천칭이 움직이는 것을 볼 수 있을 것이다.
질량 추를 사용하는 방법은 2mm나사를 사용하는데 많은 수량을 저가로 구입할 수 있는 장점이 있다. 질량은 실험 장치에 표기되어 있다.
크기 별로 큰 것이 0.21g, 중간 사이즈가 0.15g, 작은 것이 0.12g이다.
이 실험 기기는 위치 검출계 외에 자체에 포함된 램프를 이용한 광원으로도 실험이 가능하도록 되어 있다. 위치 검출계를 사용하지 않는 경우에 사용할 수 있다.
원리는 한 쪽에서 빛을 비추고 전류천칭에 설치된 핀의 그림자가 반대편 눈금 스크린에 나타나 위치를 정하거나 확인할 수 있도록 되어 있다.
그림 8. 광원을 이용한 위치 검출 방법
전류천칭의 수평위치를 확인하기 위하여 램프와 위치표시 바늘을 이용한다.
램프에 전원을 연결하면 바늘의 그림자가 눈금판 위에 비쳐지고 전류천칭의 균형위치를 눈금 판을 통하여 확인한다.
주위의 흔들림이나 바람 등으로 전류천칭이 계속 요동하게 되므로 실험환경을 정리하여 정밀한 측정이 이루어지도록 한다.
<실험시 주의 사항>
1.전류 천칭에 질량을 올리지 않은 상태에서 전류천칭이 자유롭게 움직이도록 핀의 간격
을 조절하여 흔들리도록 한다.
2.이때 위치 검출계 수치를 확인하여 전류천칭이 흔들렸다가 정지할 때 그 위치에 정지
하는지 확인한다. 만약 그 위치에 정지하지 않는다면 핀 간격 및 장치의 변형 등을
살피고 조치한다. 주로 핀 간격 고정너트의 간격이 원인이 되어 마찰이 작용하여 일정
한 위치에 정지하지 않는 것이므로 전류천칭이 자유롭게 흔들리도록 하여야 한다.
3.위의 실험 과정에서 전류천칭이 일정한 위치로 되돌아온다면 추를 적당한 홈에 삽입
하여 위치 검출계 수치가 어떻게 바뀌는지 확인하고, 추를 배제시키고 원래의 위치로
전류천칭이 돌아오는지 확인한다.
4.위의 과정을 이상 없이 마쳤다면,본 실험을 실행한다.
6. 실험 결과
Fd = mgs
B = F/iℓ
g = 9.8m/s^2
d = 115 mm
m = 0.12g
Ih (A)
Ic (A)
F (gm/s^2)
B
s1 (10mm)
4.09
1.21
0.0852
0.452
s2 (20mm)
4.05
2.15
0.1704
1.056
s3 (30mm)
4.05
2.65
0.2557
1.713
s4 (40mm)
3.99
4.06
0.3409
2.81
s5 (50mm)
3.97
5.37
0.4261
3.98
s6 (60mm)
m = 0.15 g
Ih (A)
Ic (A)
F (gm/s^2)
B
s1 (10mm)
4.03
1.79
0.106
0.617
s2 (20mm)
3.98
2.84
0.213
1.453
s3 (30mm)
3.94
3.62
0.319
2.411
s4 (40mm)
3.90
5.58
0.426
4.04
s5 (50mm)
s6 (60mm)
m = 0.21g
Ih (A)
Ic (A)
F (gm/s^2)
B
s1 (10mm)
4.05
1.98
0.149
0.898
s2 (20mm)
4.04
3.10
0.298
2.128
s3 (30mm)
4.00
5.18
0.447
4.103
s4 (40mm)
s5 (50mm)
s6 (60mm)
7. 토의 및 고찰
실험 과정에서 나사를 끼울 때 구멍 간격이 좁아서 천칭이 움직이지 않게 갈아 끼우는 것이 어려웠고 천칭이 수평이 되었는지 여부를 육안으로 판별하였기 때문에 오차가 많이 발생했다고 생각한다. 결과 값을 유도하는 식이 복잡해서 계산하는데 시간이 좀 걸렸다.

키워드

전류,   자기유도,   자기장,   투자율,   로렌츠힘,   자기 유도,   전자기유도,   전하