[물리실험] 패러데이의 전자기이끎 법칙

목차

1. 실험목적

2. 배경이론

3. 장치 및 도구

4. 실험과정

5. 데이터 및 분석

6. 토의

본문내용

위해서는 기본적으로 0.612V이상의 전력이 가해져야 함을 보여주는 항이라고 생각한다. 즉, 유도기전력을 극복해야만 회전을 할 수 있는데 그 최소의 크기가 0.612V라는 이야기다. 이는 실험할 때 어느정도 이상의 전압에서부터 모터가 돌기 시작한 사실과 정성적으로 일치한다.(이 시점의 전압을 측정하지는 않았다.)
② O-ring으로 연결된 모터에서의 발전전압은 의 관계를 가지게 된다. 모터 발전기에서 나오는 전압의 경우 사실은 완전히 직류파형이 아니고, (은 최대전압, 은 평균)의 관계를 가지는 이론에서의 그림과 같은 모양의 전압이며, 이 경우 진동수가 크기 때문에 전압기에서 읽을 수 있는 값은 평균값이다. 의 경우는 로 입력전압에서 전류값을 특정하여, 전압강하는 고려하여 계산한 값이다. 여기서 전류값을 읽는데 있어서 지속적으로 전류값이 변하여서 어려움을 겪었는데, 만약 지속적으로 최소의 전류값을 읽었다면 우리가 계산한 은 사실은 가 되며 이럴 경우 두 전동기가 동일하다는 가정하에서이므로 우리가 구한 은 거의 정확하게 이론과 일치하는 값이라고 할 수 있다. 하지만, 지속적으로 변하는 전류값을 읽을 때 거의 평균값 정도 부근을 읽었다고 생각할 경우, 이 오차를 두 전동기의 물성의 차이에 있다고 생각할 수 있다. 일단, O-ring이 상당히 단단히 연결외 되었으므로 두 전동기의 각속도 가 같다고 가정하더라도, 두 전동기 내부의 코일면적이나 자기장의 세기 등이 다를 수 있는데 이므로 이것들이 다를 경우에도, 과 이 기울기가 1이 아닌 선형의 관계를 가질 수 있다. 즉정상의 systematic한 error또한 오차의 원인으로 생각해 볼 수 있다.(값을 생각할 때 일부 데이터의 오차라고 생각하지는 않는다.)
③ 발전기에 저항을 연결하고 저항에 출력전력을 측정할 경우 이론적으로는 출력전력의 최대값이 외부저항과 내부저항이 같을 경우에서 나와야 한다고 실험서에 나와 있다. 그런데 내부저항 에 비해 다소 큰 값에서 최대 출력전력이 나왔으며, 그래프를 볼 때 서로 다른 식을 이용할 경우 서로 다른 결과가 나왔다. 우선 서로 다른 식에서 서로 어느정도 다른 모양의 그래프가 나온 이유에 대해 생각해 보자. 우선은 식 1의 경우 실험 (2)의 결과를 이용했는데, 여기서 오차가 있을 수 있다. 그리고 의 관계식이 성립하여야만 두 식의 결과가 같아지는데, 이 것이 정확하게 성립하지 않음을 알 수 있다. 낮은 저항에서는 대체로 일치하지만, 높은 저항으로 갈수록 값이 현저히 달라짐을 알 수 있다.
내부저항과 외부저항값이 같을 때 최대의 전력이 되는 경우는 공급되는 전력이 같을 경우의 이야기다. 즉 을 에 대해 미분하여 0이 나올 경우가 인 경우인데, 이 경우는 이 의 함수가 아닐 경우이다. 하지만, 이 실험의 경우 값이 변함에 따라서 이 변하였으므로 이 가정은 맞지 않는다고 할 수 있다. 그러므로, 이 실험에서 에서 전력이 최대가 나오지는 않는다. 그러면 여기서 이 왜 에 관계되는지에 대해 생각해보기로 하자. 은 모터의 회전에 의하여 나오는 것이다. 이 때 전동기를 흐르는 전류에 의해 이를 억제하려는 방향으로 돌림힘이 작용되는데 이는 전동기를 흐르는 전류에 비례한다.(이므로) 그러므로 저항이 커지면 흐르는 전류의 크기가 작아지며, 이로 인하여 돌림힘 또한 작아지므로 전동기의 도는 속도는 더 빨라지게 된다. 두 개의 전동기는 맞물려있으며, 이에 따라 전력을 공급받아 돌아가는 전동기의 경우도 상당한 각속도의 증가를 보이게 되며, 이로 인하여 은 의 증가로 인하여 감소하게 된다. 즉, 외부저항이 커지면 이 작아지게 되는 것이다. 그리고 이 의 함수가 되는 이유도 마찬가지로 하여 알 수 있다.

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