[물리학 및 실험] 전류와 전류 사이 - 로렌츠의 힘

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본문내용

는 것을 확인할 수 있었다.
그래서 같이 실험한 국천이와 토의해 본 결과 아무래도 이 결과 값들을 가지고는 만족스러운 목적을 달성하지 못할 것이라는 결론을 내리고 실험 방법을 좀 변화 시켰다. 즉 마지막 ⑤의 실험을 할 때 우리는 전류를 변화시킬 때마다 전류 천칭을 손으로 살짝 건드려서 평형점을 찾아가게 했다. 왜냐하면 위의 네가지 실험의 실패 원인을 예상해본 결과 변위가 거의 없다가 갑자기 높은 전류에 가서 일제히 발생하는 것을 보고 작은 전류 변화에 의한 돌림힘이 전류 천칭 굴대와 받침 사이의 정지 마찰력보다 작아서 그런 것이 아닐까라고 생각했기 때문이다. 즉 전류에 의한 돌림힘이 정지마찰력보다 커지는 순간에 갑자기 큰 가리키개의 변위를 유발시켰다고 본 것이다.
그리고 실험한 ⑤의 데이터는 비교적 만족스런 결과를 얻은 것을 보면 우리 예상이 어느정도는 맞았던 것 같다. 이제 데이터를 살펴보자.
우선 위의 배경이론에도 나와 있듯이 중력에 의한 되돌이 돌림힘과 자기 돌림힘이 평형을 이루어 전류 천칭이 정지하게 되므로 이를 이용해서 기판이 받은 자기 돌림힘 τm을 구해보면,
τm ≒ Mgry/L = 0.011×9.8×1.195××y/0.127
그런데 이론적인 자기에 의한 돌림힘 τ= = 에서 과 가 이루는 각이 90°이므로
τ = = =
가 된다. (∵ 여기서 이론적 돌림힘을 다음과 같이 구할 수 있는 것은 먼저 전류천칭의 구리 회로에서 전류 천칭의 중심 축으로부터 구리 막(도선)까지의 길이 성분은 자기장과 방향이 같으므로 자기장에 의한 힘이 0이 되고 따라서 전류 천칭의 폭 길이 만이 자기힘을 받게 되는 경우이기 때문이다..)
그럼 이제 천칭 전류가 1.5A, 2.0A 일 때의 τm을 구해보면 각각 3.043×, 5.470× 이 된다. 이 경우 이론적 돌림힘 τ에 대해서 솔레노이드를 흐르는 전류는 2.27A로 일단 자기장은 같으므로 나머지 성분의 비는 오직 천칭에 흐르는 전류의 비로 결정되게 된다. 즉, 2A일 때의 돌림힘은 1.5A일 때의 돌림힘의 배가 된다. 약간의 오차를 무시하면 거의 정확한 실험을 한 것을 알 수 있었다.
그리고 이번에는 자기장과의 비교를 위해서 ⑥처럼 데이터를 정리한 후 분석해보면 천칭 전류 1.5A에 대해 솔레노이드의 전류가 각각 1.5A, 2.0A 일때의 돌림힘 τm을 구해보면 1.417×, 2.130× 이 되는데, 이 때 자기장은 솔레노이드에 흐르는 전류비와 같게 되므로 이번에도 위와 같이 이론적 τ가 배가 되어야 하고 역시 약간의 오차가 있는 결과였다고 판단된다.
이상에서의 실험 결과를 종합해보면 비록 실험 미숙과 앞서 지적한 오차 요인에 의한 데이터의 부족으로 정확히 확인할 수는 없었지만 분명 자기장에 의한 돌림힘은 솔레노이드의 자기장에 비례하고 천칭에 흐르는 전류 크기에 비례함을 알 수 있었다. 상당히 오래 걸렸던 실험이라서 많은 데이터를 사용할 수 없게 된 것이 무척 아쉬웠던 실험이었고, 다음에는 좀더 매뉴얼을 잘 읽어가서 이번 실험과 같은 실수를 사전에 알 수 있도록 노력해야 겠다.

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물리학 및 실험,   전류와 전류 사이 ,   로렌츠의 힘