[실험 결과레포트] 암페어 법칙

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목차

1. 데이터 분석
1) 실험 결과
(1) 직선 도선 주위의 자기장 측정
(2) 원형 도선 주위의 자기장 측정
(3) 솔레노이드 내부의 자기장 측정
2) 질문
2. 토의
3. 참고문헌

본문내용

20G
0.570G
번호
x = 3 ㎝
※ , Tm/A
※ 1G = 1 gauss = T
측정치
평균
이론치
오차
1
0.320G
0.333G
0.370G
-10.0%
2
0.280G
3
0.395G
4
0.350G
5
0.320G
(3) 솔레노이드 내부의 자기장 측정
A. 코일 상수 측정
반경 (R)
길이 (ℓ)
감은 수 (n = N / ℓ)
(4.4㎝+2.7㎝) / 4 = 1.775 ㎝
10 ㎝
2900 / 10㎝ = 29000/m
B. 보정계수의 계산,
코일 중앙
코일 끝
C. 전압(DC) = 10V, I = 0.086A
번호
측정치
(중앙)
이론치
(중앙)
오차
측정치
(코일끝)
이론치
(코일끝)
오차
1
-21.88G
-29.52G
-25.9%
-16.27G
-15.44G
5.38%
2
-21.88G
-25.9%
-15.69G
1.62%
3
-21.93G
-25.7%
-16.73G
8.35%
4
-22.03G
-25.4%
-16.87G
9.26%
5
-21.93G
-25.7%
-17.13G
10.9%
2) 질문
(1) 코일의 중앙에서 자기장센서를 반경 방향으로 급격히 움직일 때 자기장(축방향)의 변화는 어떠한가?
큰 차이는 없을 것으로 예상된다. 한 쪽 부분의 코일에 가까워지면 반대쪽 부분의 코일에서 멀어지기 때문이다. 또한 자기장의 방향으로 보아 솔레노이드의 길이가 길수록 반경 방향 성분의 차이는 작을 것이다.
(2) 코일의 중심선 상에서 한쪽 끝에서의 자기장은 중앙에서의 자기장 값과 약 얼마나 차이가 나는가? 이론적 공식으로도 유도해 보라.
측정 결과 약 5 gauss만큼 차이가 있었다. 하지만 이론적 공식으로 계산하면 약 14 gauss만큼의 차이가 생긴다.
(3) 자기장의 축 방향 성분과 반경 방향 성분을 비교함으로써 솔레노이드 내부의 자기장 선분(Magnetic Field Line)의 흐름과 방향에 대해 어떤 결론을 내릴 수 있는가?
축 방향으로 자기장을 측정할 때가 반경 방향으로 자기장을 측정할 때보다 더 변화가 크다. 이를 통해 자기장의 방향은 축 방향으로, 바깥쪽으로 갈수록 사방으로 흩어짐을 알 수 있다.
(4) 측정된 자기장(축방향) 값의 이론값에 대한 오차가 존재한다면 어떠한 요인에 의해 발생하는 것일까?
먼저 코일의 감긴 모양을 원인으로 들 수 있다. 주어진 코일은 7겹으로 감겨 있기 때문에 반경의 크기가 일정하지 않다. 또한 솔레노이드의 내부가 보이지 않으므로 솔레노이드의 중앙에서 자기장을 측정하려 할 때 정확한 지점에서 측정하기도 어려웠다.
(5) 코일의 중심을 원점으로 잡고 중심으로부터의 거리를 라 하면 자기장의 크기 를 의 함수로 나타내고 그래프를 그려보라.
그래프와 식은 위 “(3) 솔레노이드 내부의 자기장 측정”을 참조
2. 토의
이론으로만 알고 있었던 점을 더 확실히 알 수 있게 해 준 실험이었다. 다른 실험은 이론과 유사한 결과를 얻었지만, 원형 도선은 이론과는 동떨어진 결과가 나와서 다시 실험해야 했다. 잘못된 결과가 나타난 원인은 측정하기 전에 자기장센서의 TARE 버튼을 누르지 않았기 때문이었다. 다시 실험했을 경우엔 상당히 만족스러운 결과를 얻었다.
이번 실험에서 나타난 오차의 요인은 여러 가지가 있다. 먼저 자기장센서가 정확한 경로로 이동하지 않았던 점이 있다. 센서가 불안정하게 고정되어 있어서 이동할 때 비뚤어질 염려가 있었다. 그리고 은 진공중의 투자율이기 때문에 이 실험에서는 공기 중에서의 투자율로 자기장을 계산하는 것이 좋지 않을까 싶다. 그 밖에 실험장치의 정확도에 의해 약간의 오차가 생겼을 것이라고 생각한다.
3. 참고문헌
연세대 물리실험실(http://phylab.yonsei.ac.kr/)

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공학물리,   암페어,   실험보고서