[물리]전류가 만드는 자기마당 실험보고서

목차

1.실험 개요
2.실험 목적
3.이론 및 배경
4.실험 장치 및 실험 방법

Data & Results
1) 솔레노이드 중심에서의 자기마당 측정
2) 솔레노이드 축 상에서의 위치에 따른 자기마당 측정
3) 사각 도선 고리의 축 상에서 위치에 따른 자기마당 측정
4) 직선 도선 주위에서의 위치에 따른 자기장 측정
Discussion
3. 참고문헌

본문내용

이는 이론식 B=μoni를 어느정도 설명해주는 결과이다. 정확히 비례하지 않는 것은 홀센서의 측정 방법에 있다고 볼 수 있다. 홀센서의 측정 방법은 미리 초기값을 교정한 후에 상대적인 값들을 표시하는 방식이므로 절대적인 값과는 약간의 차이가 있었을 것이다. 또한 0.48A이상의 전류에서는 자기마당의 크기가 20.00G가 나왔는데 이는 홀센서가 초기의 교정값인 20.00G이상의 자기마당은 측정할 수 없기 때문이다.
두번째 실험은 솔레노이드에 흐르는 전류의 크기를 일정하게 유지하면서 솔레노이드 내부의 위치에 따라 자기마당이 어떻게 변하는지 알아보는 실험이었다. 실험 결과 이론치와 실험치 사이에는 상당한 오차가 존재함을 알 수 있고 중심으로부터의 거리가 멀어질수록 오차가 줄어드는 것을 볼 수 있다. 이렇게 오차가 발생한 원인을 살펴보면 홀센서의 위치를 고정시키는데 문제가 있었다고 생각된다. 자기마당을 정확하게 측정하려면 홀센서를 솔레노이드의 중심축에 정확하게 맞춰야하지만 그러기 힘들었다. 평행으로 맞추지 못하고 만큼 비틀어지게 되면 그에 따라서 만큼의 오차가 생기게 된다. 중심에서 멀어질수록 평행하게 이동하는 것이 더어려웠으면 이는 중심으로부터 멀어질수록 오차가 작아지는 현상으로부터 확인할 수 있다.
또한 이상적인 솔레노이드가 아니므로 솔레노이드 끝부분에선 자기장의 변형이 일어나므로 솔레노이드 외부로 갈수록 오차가 급격히 증가 하였다.
세번째 실험에서는 사각 고리 전선의 축 상에서 위치에 따른 자기장의 변화를 측정해보았다. 실험 결과를 살펴보면 거리가 멀어질수록 자기마당의 크기가 작아지는 것을 알 수 있는데 이것이 어떤 경향성을 띄는지 이론식을 구해 비교해보기로 하자. 우선 사각 고리 전선 축상에서의 자기마당의 크기를 비오사바르 법칙을 이용해서 구해보자. 각 전선에 의해 생기는 자기마당에서 Y축 성분은 위,아래 전선과 오른쪽, 왼쪽 전선이 서로 상쇄되고 X축 성분은 모두 같다. 따라서 한 전선에 의해 생기는 자기마당의 X축 성분에 4배를 해주면 그 지점에서의 자기마당의 크기가 될 것이다. 사각 고리 전선의 축 상의 어떤 점 P에서의 자기마당을 구해보자. 사각고리는 네변이 모두 동일한 정사각형이라 가정하고 전선과 P의 거리를 R, 고리면과 P의 거리를 d, 사각고리 한변의 길이를 L, 자기마당이 X축과 이루는 각을 θ라 하면, 비오사바르 법칙에 의해
, , 을 대입하면
가 된다.
결과에 있는 표와 그래프를 보면비 정확하지는 못하지만 오차율이 20%이내로 비교적 비슷한 값이 나왔다. 간단한 식은 아니지만 이로부터 고리면으로부터의 거리와 자기장과의 관계를 알 수 있었다.
네번째 실험은 사각 고리 전선의 한 변을 직선 도선으로 보고 그 도선 주위의 자기마당의 방향과 크기에 대해서 알아보는 것이 목적이었다. 위의 결과는 실험 전에 예상했던 결과와 거의 비슷하게 나왔다. 이론적으로 도선 주위의 자기장은 도선을 중심으로 동심원을 이루며 도선에서 멀어질수록 거리에 반비례하여 크기가 작아진다. 위의 결과에서 자기장의 크기가 거리에 반비례하는지는 알 수 없지만 거리가 멀어질수록 크기가 작아지는 것은 확인할 수 있었다. 또한 전류의 방향도 알 수 있는데 앙페르 법칙을 이용하면 위에서 아래로 전류가 흘렀다는 사실을 알 수 있다. 그런데 위의 그림을 잘 살펴보면 다른 각도의 화살표들은 거의 원의 접선 방향을 이루고 있지만일부에서는 접선 방향에서 약간 벗어난 것을 볼 수 있다. 이는 사각 고리 전선의 다른 변들에 의한 영향으로 생각할 수 있다.
3. 참고문헌
http://physlab.snu.ac.kr/
principles of physics 3rd by serway & jewett

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