[물리]전류와 전류사이 실험보고서

목차

1.Abstract & Introduction
(1) 실험 목적
(2) 배경이론
(3) 실험 방법
2.Data & Results
1)솔레노이드와 천칭의 전류의 변화에 따른 자의 눈금-(cm단위, 기준점 4.1cm)
2)솔레노이드와 천칭의 전류의 변화에 따른 가리키개의 변위(m단위)
3)솔레노이드와 천칭의 전류의 변화에 따른 돌림힘의 변화
4)이론적 돌림힘 구하기
3.Discussion

본문내용

을 이용하여 구한 이론값과 피팅한 기울기들을 비교해보자.
이론 값
피팅 값
오차율
0.0027
0.0038
40.7%
0.0054
0.0065
20.3%
0.0081
0.0082
1.2%
0.0108
0.0097
10.2%
3.Discussion
1.실험으로부터 확인 할 수 있었던 사실들
1) 돌림힘과 전류와의 관계
결과3의 그래프를 살펴보면 돌림힘과 솔레노이드전류, 천칭전류간의 관계를 알 수있다.
우선 4개 그래프 각각은 일정한 양의 기울기를 가지고 있다. 즉 1차 직선에 가까 운 모습을 보여준다. 직접 피팅을 해보아도 0.9~1.1사이의 지수값을 가지는 값을 얻을수 있다.
즉 천칭전류와 돌림힘은 비례관계라는 사실을 알 수 있게 된다.
두 번째로 4개의 그래프를 한꺼번에 비교해보자. 예외적인 두 데이터 값만을 제외하고는
대체로 솔레노이드의 전류값이 높을수록 돌림힘이 큼을 알 수 있다.여기서 우리는 솔레노이드 전류가 커지면 돌림힘 역시 증가한다는 사실을 확인하게 된다.
이는 또 다른 사실과 연관된다 . 솔레노이드의 전류는 솔레노이드의 중심의 자기장과 비례하게 된다. 즉 자기장이 커질수록 돌림힘역시 커진다는 사실까지 도출해 낼 수 있다.
2) 식의 타당성
우리가 결과를 분석하는데 주된 수단이 된 위의 식을 살펴보면 좌변은 전기장과 자기장의
관계에의한 전자기력을 의미하고 우변은 천칭의 무게중심이동에 의한 토크 힘을 의미한다.
결과 4에서의 이론값과 3의 실제값을 비교하고 결과5의 오차들을 종합해보면 대략15-20%사이의 오차율을 보이면 두 식이 일치함을 알수 있다. 위의 관계식자체에 근사값이 많이 적용
된 것을 감안 한다면 어느정도의 타당성을 알 수있게 되었다.
2.오차의 분석
1)오차 분석의 방법
결과를 분석하면서 관계식의 타당성을 증명하기 위해 2가지 오차분석법을 사용하였다.
우선 이론적 돌림힘과 실제 측정 돌림힘을 각각 구하여 결과3 과 결과4에 나타내었다.
하지만 이는 직접적인 오차율을 구하기 매우힘들며 그래프를 통한 간접 비교가 가능할 뿐이다. 따라서 더욱 정량적인 오차율을 얻어 내기위하여 결과5를 이용하였다.
결과5는 실험에서 측정한 값들을 그래프로 피팅하여 예상되는 기울기들과 의 비교를통해
수치적인 오차율을 얻어 내는 방법이다.
2)오차의 의의와 원인분석
우리가 기초로 한 관계식은 처음부터 근사식을 내포한다. 따라서 어느정도의 오차는 피할 수 없었다. 15-20%의 오차율을 보인 것은 어느정도 납득할 만한 수치였다. 자세한 오차의
원인을 살펴보자.
무엇보다도 가리키개의 변위를 측정하는 것이 힘들었다. 육안으로 0.1mm 단위까지 측정하기 힘들었을 뿐만 아니라 가리키개가 정지해 있는 것이 아니라 끊임없이 진동하면서 움직여서 정확한 변위를 측정하기 힘들었다. 변위가 1mm만 변해도 실험 결과가 크게 변하는 이번 실험에서는 이런 오차들이 크게 작용했을 것이다. 또한 자 역시 항상 지면과 수직을 이루고 있었어야 하지만 이 역시 사람의 힘으로 실험하는 동안 계속 지면과 수직으로 유지하기는 힘들었다. 1mm의 분해능의 자는 실험의 정확도를 더욱 낮추었다.
또한 전류 천칭의 전류값이 계속 변했다. 가변 저항기를 사용하여 전류 천칭의 저항을 높여주므로써 전류값을 안정시켜야 했지만, 실험중에 가변저항기가 없이도 원하는 전류를 얻을수 있어서 연결하지 않았던 것이 전류의 진동을 가중시켰던 것 같다,
천칭의 굴대의 마찰력 역시 오차에 기여한 것으로 보인다. 실험을 하던 도중 천칭이 전류를 아무리 높여도 움직이지 않았던 적이있다. 자세히 살펴보니 굴대와 걸쇠의 일시적인
마찰로 운직임이 둔화된 것이었다. 이런 효과가 실험내내 일어나지 않았다고 장담할 수는 없다.

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