솔레노이드 자기장 실험 결과 보고서

목차

없음

본문내용

5) 실험 결과
⑴ 첫 번째 솔레노이드 ( 센서의 길이 = 7cm )
① 표
전류(A)
전류증가에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
전류감소에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
자기장의 세기
[gauss] (이론값)
0
0.17
0.47
0.00
0.4
9.18
9.73
9.38
0.8
18.48
19.01
18.76
1.2
27.91
28.3
28.13
1.6
37.16
37.51
37.51
2.0
46.48
46.76
46.89
2.4
55.77
55.95
56.27
2.8
65.05
65.15
65.65
3.2
74.35
74.38
75.03
기울기
23.23
23.09
23.45
오차
0.9
1.5
　
② 그래프
⑵ 첫 번째 솔레노이드를 2A로 고정시킨 뒤 위치에 따른 측정
① 표
위치(㎝)
자기장의 세기
[gauss] (실험값)
자기장의 세기
[gauss] (이론값)
0
47.03
46.89
2
46.35
46.89
4
43.59
46.89
6
25.96
46.89
8
5.21
46.89
10
1.43
46.89
12
0.46
46.89
14
0.01
46.89
16
-0.22
46.89
② 그래프
⑶ 두 번째 솔레노이드 ( 외경 3cm, 내경 2.5cm )
① 표
전류(A)
전류증가에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
전류감소에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
자기장의 세기
[gauss] (이론값)
0
-0.09
-0.11
0.4
15.95
15.97
0.8
32.14
32.17
기울기
오차
　
② 그래프
⑷ 토노이드 (지름=18㎝)
① 표
전류 (A)
전류증가에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
전류감소에 의한 자기장의
세기[gauss] (실험값)
자기장의 세기
[gauss] (이론값)
0
0.56
0.57
0.00
0.4
2.12
2.16
1.91
0.8
3.69
3.74
3.82
1.2
5.36
5.42
5.73
1.6
6.9
6.87
7.64
2.0
8.49
8.48
9.56
2.4
10.09
10.12
11.47
2.8
11.63
11.64
13.38
3.2
13.32
13.34
15.29
기울기
3.98
3.97
4.78
오차
16.7
16.9
② 그래프
6) 고찰
⑴ 솔레노이드의 전류 증가에 따른 자기장의 변화
솔레노이드의 반경의 차이에 무관하게 흐르는 전류의 양이 증가할수록 자기장의 세기가 거의 비례하여 증가하고 전류의 양이 감소할수록 자기장의 세기가 감소하는 것을 관찰 할 수 있었다. 또한 의 공식을 통해 측정된 이론값과 측정값을 비교했을 때, 오차가 매우 작아서 실험이 성공적이었다고 볼 수 있다.
⑵ 솔레노이드의 거리에 따른 자기장 변화
이론상 솔레노이드의 코일 내부의 자기장은 거리에 상관없이 항상 일정하다. 하지만 측정값을 살펴보면 거의 2cm까지는 이론값과 근사한 값을 보이지만, 그 이후로는 자기장의 세기가 감소하는 것을 알 수 있다.
이론상에서는 무한히 긴 솔레노이드라고 가정되어 있기 때문에 일정한 값이 가능하지만 실제로는 유한한 길이의 솔레노이드이기 때문에 결과가 이렇게 나온 것 같다.
⑶ 토노이드의 전류 증가에 따른 자기장의 변화
토노이드가 전류가 증가함에 따라 자기장이 증가하고, 전류가 감소함에 따라 자기장이 감소하는 것을 실험을 통해 알 수 있었고 이는 식에서 나오는 이론값과는 어느 정도의 오차를 보였지만 기울기의 전체적인 모습이 비례하는 것으로 보아 이 실험이 대체적으로 성공적임을 알 수 있다.
→ 이번 실험에서 솔레노이드와 토노이드는 둘 다 흐르는 전류가 증가함에 따라 자기장의 세기가 커짐을 알 수 있다.
7) 오차 발생 및 원인 분석
⑴ 위치에 따른 자기장의 이론값과 실험값 사이에 발생한 오차
- 실제로 우리가 측정하는 솔레노이드는 유한하다. 반면에 식을 통해 알 수 있는 이론값은 솔레노이드의 길이가 무한함을 전제로 성립된 값이다.
⑵ (-)값이 측정된 것은 자기장의 방향의 차이이다.
- 센서의 위치가 막대의 끝으로부터 약 5mm 들어가 있는 곳에 위치해 있고, 위치를 0mm부터 시작해서 측정해야 하는데 거의 눈대중으로 맞추어야 하는데서 오차가 발생한 것 같다.
⑶ 위치에 따른 자기장을 측정할 때, 거리 측정 방식이 아날로그 방식이므로 보다 부 정확했을 수 있다.
⑷ 전류를 보낼 때, 소수점 셋째 자리에서 수치가 변동되는 것을 미루어 보아 전체적으로 흐르는 전류 값이 정확하게 적용되었다고 볼 수 없다.
⑸ 0점 조정에 있어서의 문제점이 있을 수 도 있다.
8) 결론 및 토의
솔레노이드, 토노이드 모두 앞서 실험했었던 원형도선과 자기장과 비교를 해 봤을 때, 거의 비슷하다는 것을 알 수 있다. 따라서 원형도선이 감긴 형태나 전반적인 모양에 상관없이 전류가 증가하면 자기장이 커지고, 전류가 감소하면 자기장의 크기가 감소한다고 말할 수 있다.
또한 고등학교 때 배웠을 때는 솔레노이드 안에서는 자기장이 일정하다고 가정하고 공부했었는데 실제로 실험해보니 그렇지 않음을 관찰할 수가 있어서 뜻 깊었다. 고등학교 때 솔레노이드 안이 일정하다고 가정한 이유가 솔레노이드가 무한히 길다고 가정했기 때문인데 실제로 그런 것이 불가능했기 때문에 이런 결과가 나타난 것 같다.
이번 실험을 통해 고등학교 때 이론적으로만 알고 있던 사실을 확인 할 수 있어서 좋았다. 그리고 무한한 솔레노이드를 이상화 시킨 장치를 만들어서 이론값이 성립하는지를 눈으로 확인할 수 있었으면 좋겠다는 생각이 들었다.
그리고 이번실험에서 한 가지 아쉬운 점은 저번 실험 때 다뤘던 실험 장치를 또 한 번 미숙하게 다루는 실수를 해 버린 것이다. 센서를 통해 읽히는 값이 x축 값과 y축 값이 있는데, 기기에 뜨는 값을 x축 값인데 y축으로 해석해버린 것이다. 엉뚱한 값을 읽고 실험을 잘못할 뻔했는데 다행이도 교수님께서 지도해 주셔서 무사히 마칠 수 있었다.
물리학 실험 Ⅱ
실험 결과 보고서
- 솔레노이드에서의 자기장 측정 -
제출 : 2008.10.30.(목)
소속 : 공과대학 건축학부
건축공학과
학번 : 2006042008
이름 : 김보정

키워드

솔레노이드,   자기장,   전기장