결과 보고서 - 자장의 근원, 비오-사바르 법칙, 앙페르 법칙, 자장의 로렌츠 힘, 자기 가우스의 법칙, 전자의 운동

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결과 보고서 - 자장의 근원, 비오-사바르 법칙, 앙페르 법칙, 자장의 로렌츠 힘, 자기 가우스의 법칙, 전자의 운동에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

험에서는 실험이 잘 되지 않았는데 이번 솔레노이드 실험은 그래프를 비교해 보면 알겠지만 매우 깨끗하게 잘 되었다. 가장 큰 차이점은 앞의 실험에서는 매주 작은 물리량을 측정하여 이로부터 결론을 내렸고, 솔레노이드 실험은 비교적 큰 물리량을 측정하여 어떠한 결론에 도달 하였다. 이로부터 알 수 있는 것은 일정수준 이상의 값이 나오는 실험을 해야 측정된 값들이 데이터로서 가치가 있다는 것이다. 앞의 A와 B번 실험에서는 실험을 설계자가 너무나 작은 값의 자장을 가지고 비례-반비례를 확인하게끔 실험을 설계해 놓아서 자장을 측정할 때 원하는 측정값보다 오차가 오히려 더 크게 수반되게 되어 사실 실험의 큰 의미가 없을 정도였다. 실험 설계자는 항상 이 점을 명심해야 한다. 또한 솔레노이드에 5A의 전류를 인가하고 자기력선을 눈으로 보는 실험 또한 조금 위험한 실험이 아닌가하는 의문이 든다. 몇주전에 한 3장 실험에서 직경 10cm 권선수 64의 솔레노이드의 저항을 측정한 적이 있었다. 그때 측정한 솔레노이드의 저항은 10 이었는데 이 10짜리 저항에 직류 전류 5A 를 흘리면 이 솔레노이드에서 소비되는 전력은 이 된다. 일반 가정에서 사용하는 스텐드(전등)의 소비전력이 보통 20~30W 임을 감안하면 매우 큰 전력을 공급하는 것이 아닐 수 없다.
실험 E. 전장 속에서의 전자의 운동 : 정전 편향
1) 다음의 그림에서처럼 개조한 오실로스코프로 음극선관 실험을 한다. 외부에서 아무런 힘이 가해지지 않았을 경우 다음과 같이 원점에 전자가 스크린에 도달함을 볼 수 있다.
왼쪽의 사진은 개조한 오실로스코프로 형성한 음극선관이고, 오른쪽은 0V와 30V를 인가했을 때, 각각의 전자가 스크린에 도달하는 모습을 찍은 사진이다. 수직편향판에 외부에서 전압을 인가해주면 전장이 형성되고, 전자총을 떠난 전자는 이 전장이 형성된 수직편향판을 지나면서 전장의 로렌츠 힘을 위쪽 방향으로 받아서 위로 휘게 된다.
2) 원점에서 벗어난 거리는 다음의 식을 만족한다.
인가해준 전압
0
5
10
15
20
25
30
벗어난 거리
- 측정치
0
3.8
7.5
10.2
14
18
22
벗어난 거리
- 계산치
0
3.66
7.31
10.96
14.63
18.28
21.93
각각의 전압 에서 벗어난 거리 를 측정한 것은 다음과 같다.
실제 측정된 값과, 계산된 값을 서로 비교해 보니, 비교적 잘 일치 하였다.
<결론 및 자기평가> 이로부터 전자는 전장에 의해 힘을 받는 다는 것을 확인할 수 있는 실험이었다.
실험 F. 전장 및 자장 속에서의 전자의 운동 : 전자의 비전하 측정
1) 앞의 실험에서 외부에서 전압을 인가해주면, 수직편향판의 위쪽에는 (+) 전압이 아래쪽에는 (-) 전압이 인가되어 전자는 위쪽으로 힘을 받아 휘는 것을 관측하였다. 이번 실험은 여기에 자장을 인가하여 자장의 로렌츠 힘이 아래로 받게 만들어 전장의 로렌츠 힘과 자장의 로렌츠 힘의 크기를 같게 만들어 이로부터 비전하를 측정하는 것이 이번 실험 목표이다.
2) 오른쪽 그림에서처럼 자장의 로렌츠 힘이 아랫방향으로 향하도록 자석을 올려놓는다. 이 자석이 수평편향판 부근에 형성하는 자장은 0.028mT 정도이고, 이때 외부에서 인가해준 전압이 27.4V 일 때, 전장의 로렌츠 힘과 자장의 로렌츠 힘의 크기가 같아져 앞의 그림에서처럼 전자는 스크린의 원점에 도달하게 된다. 전장과 자장의 로렌츠 힘의 평형으로 구한 비전하 관계식은
이고, 실제 측정값을 위의 식에 대입하여 구한 측정한 비전하값은 이 나왔다. 실제값 () 과 비교했을 때, 조금 크게 나왔는데 이는 자석이 형성하는 자장값을 측정할 때 수반된 오차로 보인다. 식의 구조상 자석이 형성하는 자장값이 비전하값에 큰 영향을 미치는데 자석으로부터 전자가 지나가는 경로까지의 거리를 정확히 알 수 없기 때문에 이 거리만큼 떨어진 곳에서 자장을 측정하다 보니깐 생긴 오차인 것 같다.
<결론 및 자기평가> 비전하값을 직접 측정해 보는 의미 있는 실험이었다. 전반적으로 8장에서는 다루고 있는 실험 내용들이 많아서 한가지 실험에 시간을 투자하여 정확한 실험을 하기 힘들었다. 그래서 A번 실험부터 F번 실험을 하기까지 잔잔한 실수도 많이 하게 되고, 조금만 더 노력을 기울이면 정확한 실험을 할 수 있는데 시간에 쫓기어 무언가를 알기 위해 실험을 하기 보다는 얻어진 결과값들이 무슨 의미를 가지고 있는지도 모른체 빨리 결과를 얻기 위해 쫓기는 실험이 되지 않았나 싶어 아쉬운 마음이 든다.

키워드

자장의 근원,   비오-사바르 법칙,   앙페르 법칙