[실험보고서] 전류와 자기장 실험보고서

소개글

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목차

1. 자석
1-1/ 실험 1. 자석 주변의 자기장을 철가루를 이용해 관찰할 수 있다.
1) 실험목적
2) 이론
3) 실험방법
4) 데이터
5) 결과
6) 결론
1-2/ 실험 2. 자석 주위에 나침반을 놓는다. 막대자석과 말굽자석을 사용한다. 나침반 바늘의 움직임을 관찰한다.
1) 실험목적
2) 이론
3) 실험방법
4) 데이터
5) 결과
6) 결론

2. 전선주변의 자기장 방향
2-1/ 실험 1. 전선의 위쪽과 아래쪽에 나침반을 놓고, 전류를 흘려보아 나침반 바늘의 움직임으로 자기장의 방향을 알 수 있다.

3. 자기장의 세기 ∝ 전류, Coil 감은 수.
3-1/ 실험 1. Coil 감은 수와 전류의 세기에 따라 자기장의 세기가 달라짐을 알 수 있다.

본문내용

극]
5) 결과
- ①번 실험에서 도선 아래에 있는 나침반의 바늘이 북쪽을 가리키고 있다가 전류가 흐르니 동쪽으로 바늘이 움직였고, ②번 실험에서 도선 위에 있는 나침반의 바늘이 북쪽을 가리키고 있다가 전류가 흐르니 서쪽으로 바늘이 움직였다.
- ③번 실험에서 도선 아래에 있는 나침반의 바늘이 북쪽을 가리키고 있다가 전류가 흐르니 서쪽으로 바늘이 움직였고, ④번 실험에서 도선 위에 있는 나침반의 바늘이 북쪽을 가리키고 있다가 전류가 흐르니 동쪽으로 바늘이 움직였다.
6) 결론
: 도선의 위쪽과 아래쪽에서의 자기장의 방향을 알 수 있었다. 이론상 오른손 나사의 법칙을 이용해 오른손 엄지손가락이 전류가 흐르는 방향을 표시하고 나머지 네 손가락이 자기장의 방향이라고 할 때, 자기장은 도선 위쪽에서 도선 아래쪽으로 도선을 감싸며 생성되어 도선 아래쪽에서 도선 위쪽으로 돌아 나오는 형식의 동그란 모양의 자기장이 형성된다. 나침반을 이용한 실험에서 도선 위쪽과 아래쪽 두 가지 모두 자기장이 형성되어 이동하는 방향으로 나침반 바늘의 N극이 움직이는 것을 관찰할 수 있었다.
3. 자기장의 세기 ∝ 전류, Coil 감은 수.
3-1/ 실험 1. Coil 감은 수와 전류의 세기에 따라 자기장의 세기가 달라짐을 알 수 있다.
1) 실험 목적
- 자기장의 세기가 전류의 세기, 도선을 감은 수에 따라 달라짐을 알아본다.
2) 관련이론
∴ 자기력선속밀도 : 단위 면적을 수직으로 지나는 자기력선의 수. 줄여서 자속밀도라고도 하며, 자기장의 크기를 나타내는데 사용한다. 단위는 가우스(G) 또는 테슬라(T)를 사용한다. (1T = 10000G)
▷ 자기선속밀도는 자기장의 세기를 나타내며 넓이 S인 단면을 수직으로 지나는 자기선속 Φ와 자기장 B의 세기는 다음의 관계에 있다.
∴ 원형 도선 주위의 자기장
① 자기력선의 모양 : 원형 도선의 각 부분을 직선 도선으로 생각할 때, 각 직선 도선에 의해 생긴 자기력선의 모양을 합한 것과 같다.
② 자기장의 방향 - 오른손의 엄지손가락을 전류의 방향과 일치시키고 도선을 감았을 때 네 손가락의 방향이 자기장의 방향, 즉 N극이다 .
- 원형 도선 내부에서는 도선의 모든 부분에서 같은 방향으로 자기장이 생기며, 자기장의 방향은 원의 단면에 수직
- 원형 도선 외부에서는 도선의 내부와 반대 방향이 되며 도선 전체로는 직선 도선에서와 같이 동심원 모양
③ 자기장의 세기 : 전류의 세기에 비례
- 원형 도선 안쪽의 자기장이 바깥쪽보다 세다. 원형 도선 안쪽에는 자기력선이 모아져서 자기력선의 밀도가 높으므로 자기장이 세어진다.
- 반지름이 작을수록 세다.
∴ 코일 주위의 자기장
① 자기력선의 모양 : 막대자석 주위에 생기는 자기장의 모양과 유사하다.
② 방향 : 오른손의 네 손가락이 전류의 방향과 일치하도록 네 손가락을 감았을 때 엄지손가락이 가리키는 방향이 자기장의 방향(전자석의N극)이다.
③ 세기 : 전류의 세기와 코일의 감은 수에 비례한다.
④ 솔레노이드 : 긴 원통 위에 도선을 빽빽하게 여러 번 감은 것을 솔레노이드라고 하며, 이것은 원형 도선을 여러 개 겹쳐 놓은 것과 같다.
⑤ 토로이드 : 코일을 구부려 도넛 모양으로 만든 것
- 토로이드 내부에서는 원주 방향을 따라 균일한 자기장 형성되며 내부에 형성되는 자기장의 세기는 코일에서와 같이 전류의 세기와 단위 길이 당 코일을 감은 횟수에 비례한다.
- 플라즈마 핵융합에 필요한 플라즈마를 가두기 위한 장치로 이용되는데 이를 토카막이라고 한다.
⑥ 코일 내부의 자기장은 균일한 자기장이므로 현재의 많은 전자 장치에서 필요한 자기장을 얻을 때 많이 이용하고 있다.
⑦ 코일 외부에서는 자기장의 방향이 막대자석과 같이 N극에서 나와 S극으로 들어가는 방향이다.
3) 실험방법
[실험도구] 감은 횟수가 다른 에나멜선 5개, 나침반, 전원장치, 교수님이 고안하신 실험도구, 집게 도선 2개, 검정 테이프, 베니어판
① 에나멜 구리 도선이 실험을 위해 충분히 감길 수 있을 정도로 넉넉하게 준비한다.
② 에나멜 구리도선을 각 변이 5~7cm 안에서 정사각형 모양이 되도록 감는 횟수가 다르게 5개를 감는다.
③ 준비된 에나멜 도선의 양끝을 베니어판에 놓고 칼로 구리도선을 조금 긁어낸다.
④ 에나멜 도선을 교수님이 고안한 실험도구에 끼운다.
⑤ 나침반을 에나멜 도선의 정중앙에 오도록 놓는다.
⑥ 전원장치 (+), (-)극에 집게 도선을 연결한다.
⑦ 전원장치의 전류단자와 전압단자를 반시계 방향으로 돌려놓는다.
⑧ 전원장치의 전원을 켠다.
⑨ 전류단자를 12시 방향으로 돌려놓고, 전압단자를 서서히 조금씩 돌린다.
⑩ 전류단자와 전압단자를 적당히 조절해가면서, 나침반의 각도를 읽는다.
☆ 유의할 점 : 에나멜선을 정사각형 모양으로 감되 양끝에 10cm 이상 두개의 직선이 나오도록 감는다.
: 나침반의 N극이 북쪽을 가리키도록 놓는다.
전류(A)
감은수(n)
0.10
0.16
0.22
0.28
0.34
4
10°
15°
20°
25°
30°
5
15°
25°
30°
35°
40°
7
25°
35°
40°
45°
50°
9
30°
40°
50°
55°
55°
11
35°
45°
55°
60°
62°
4)데이터
5)데이터 분석
6) 결론
이 실험은 코일의 감은 수와 도선에 흐르는 전류의 세기에 따라서 자기장의 세기가 달라지고 그에 따라서 나침판 바늘의 회전이 달라짐을 보는 실험이다. 도선의 횟수를 고정 시키고 전류의 세기를 증가 시킬 때 그 나침판 바늘의 회전각이 커짐을 알 수 있었다. 또한 전류를 고정 시킨 뒤에 4번 감은 도선으로 실험할 때와 5번, 7번,9번, 11번 감은 도선으로 실험을 하여 나침판이 움직이는 각도를 측정하면 그 회전각이 점점 커지는 것을 알 수 있다.
따라서 도선에 흐르는 전류의 세기와 도선의 감은 횟수와 비례하여서 자기장의 세기가 비례함을 알 수 있다. 그러나 나침판의 특성상 그 회전각이 90도를 넘지 못하는 한계가 있다. 실제로는 자기장의 세기와 그 회전각이 비례를 이루지 못한다. 따라서 나침반 말고 자기장을 측정할 수 있는 다른 도구로 실험한다면 정확한 비례값의 데이터를 얻을 수 있을 것이다.

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자석,   실험보고서,   보고서,   자기장