물리학 실험 - 전류와 자기장, Lenz의 법칙

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물리학 실험 - 전류와 자기장, Lenz의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

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유도전류 : 전자기유도에 의하여 생긴 전류.
① Coil에서의 전자기유도
◆ 자석이 정지해 있는 경우에는 코일에 전류가 흐르지 않는다
◆ 자석을 가까이 가져가면 A방향으로, 멀리가져가면 B방향으로 전류가 흐른다
◆ 자석을 코일에 가져가는 속도를 빠르게 할 수록 유도전류의 세기가 증가한다.
◆ 코일의 감긴 수가 많을수록, 센 자석일수록 유도전류의 세기가 증가한다.
② 패러데이의 전자기유도법칙(1831) :유도기전력의 크기에 관한 법칙
"유도기전력의 크기는 코일을 지나는 자속의 시간적 변화율과, 코일의 감은 수에 비례한다."
코일을 많이 감을수록, 자석을 빨리 넣었다 뺄 수록 유도전류는 증가한다.
◆ 패러데이의 전자기유도법칙(1831)에서는 유도전류의 크기에 대해서만 언급 하였고 유도전류의 방향에 관한 언급한 것은 렌쯔의 법칙임
(2) 렌츠의 법칙(1834) :유도전류의 방향에 관한 법칙, (청개구리 법칙)
①코일을 지나는 자기력선속이 변할 때 유도되는 전류는, 그 자기력선속(자속)의 변화(증,감)를 방해하는 방향으로 흐르게 된다. 변화 방해⇒ 현상태 유지(관성)
② N극을 코일에 접근시키면 coil을 지나는 자기력선 증가.
→자기력선의 증가를방해하는 방향(위)으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른다. (A부분이 N극이 된다)　⇒ 오면 못오게
③ N극을 코일에서 멀리하면 coil을 지나는 자기력선 감소 → 자기력선의 감소를 방해하는 방향(아래)으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른다. (A부분이 S극이 된다) ⇒ 가면 못가게
(-) : 유도기전력의 방향 ( 자속의 증감을 방해하는 방향⇒렌츠의 법칙)
◆ 코일의 감은 방향에 따라 전류의 방향이 바뀌어지므로 유의 (항상 오른손의 법칙을 적용하여 유도 전류의 방향을 결정한다.)
(3) 자기장 속에서 움직이는 직선도선에 생기는 유도기전력
① 유도기전력의 크기
◆ 자기장 B속에 길이 l인 도선이 오른쪽으로 v의 속도로 운동하면 사각형 코일 abcd의 넓이가 넓어지게 되므로 코일 내부를 통과하는 자속이 증가
◆ Δt초동안 자속의 변화 ΔΦ는
이므로
② 유도기전력의 방향(플레밍의 오른손 법칙)
coil
직 선 도 선
전자유도가 생기는경우
coil을 지나는 자기력선의 수가 변화될때
도선이 자기력선을 끊을때
기전력의크기(Faraday전자기 유도법칙)
coil을 지나는 자속의 시간적 변화율과 감
은수에 비례
도선이 자기력선을 많이 자를 수록 유도기전력이 크다.
방 향
렌쯔(청개구리)법칙
플레밍의 오른손 법칙
◆ F(힘, 도선의 운동방향 : 엄지), B(자기장 : 집게), I(전류 : 가운데) 오른쪽으로 운동하는 도선 ab안의 자유전자들은 로렌츠의 힘을 받아 a → b로 이동하게 되므로, 유도전류는 b → a로 흐르게 된다.
결과보고서
[1]측정값 및 계산
실험1
a) 최소전류: = - 0.01 A , 회전각: 90°
전 류: = 0.3A N극의 방향(동,서,…): 서쪽
전류의 방향(시계, 또는 반시계 방향): 시계 방향
b) 최소전류: = - 0.01 A , 회전각: -90°
전 류: = -0.3A N극의 방향(동,서,…): 동쪽
전류의 방향(시계, 또는 반시계 방향): 반시계 방향
실험2a
R = 10.5cm N = 200회
(A)
측정값 (G)
계산값 (G)
0.2
2
2.39
0.4
4
4.79
0.6
6
7.18
0.8
9
9.57
1.0
11
11.97
1.2
13
14.36
1.4
15
16.76
1.6
17
19.15
1.8
19
21.54
2.0
22
23.94
실험2b
=1.8A = -1.8A
()
측정값 (G)
계산값(G)
z(㎝)
측정값 B (G)
계산값(G)
0
20
21.55
0
-20
-21.55
5
14
15.86
5
-14
-15.86
10
7
8.18
10
-7
-8.18
15
4
4.06
15
-4
-4.06
20
2
2.16
20
-2
-2.16
25
1
1.25
25
-1
-1.25
30
1
0.78
30
-1
-0.78
35
0
0.51
35
0
-0.51
40
0
0.35
40
0
0.35
실험3
N극을 멀리 이동: 피크의 전압 = - 0.021 volt
코일, 자석의 그림( 유도기전력의 방향 표시):
S극을 멀리 이동: 피크의 전압 = 0.012 volt
코일, 자석의 그림( 유도기전력의 방향 표시):
[2]토의
1. 질문에 대한 토의
1)위에서 측정한 자기장의 방향은 전류의 방향으로부터 예측할 수 있는 자기장의 방향과 일치하는가? 전류의 방향으로부터 자기장의 방향을 기술하는 물리학의 법칙은 어떤 것 있는가?
-> 일치한다. 전류의 방향으로부터 자기장의 방향을 기술하는 방법에는 오른나사 법칙과 앙페르 법칙을 이용할 수 있다.
오른나사 법칙은 오른나사가 진행하는 방향이 전류의 방향이고 돌리는 방향이 자기장의 방향이다.
앙페르의 법칙은 오른손의 엄지손가락이 전류의 방향일 때 네 손가락이 자기장의 방향이다.
2) 영점보정을 할 때 자기 센서의 축을 동서 방향으로 정려하는 이유는 무엇인가?
-> 자기장의 방향과 수직이 되도록 하여 어떤 힘도 받지 않은 조건에서 0점 보정을 하기 위해서 이다.
3)위의 그라프에서 이론값의 직선은 실험데이터와 얼마나 잘 일치하는가? 자기장이 전류에 정비례함을 확인하였는가?
-> 오차가 10% 안팎으로 비교적 큰 오차를 가지고 있으나 대략적으로 일치한다. 실험 2a의 전류대 계산값의 그래프를 보면 직선의 형태를 띄고 있으므로 정비례함을 알 수 있다.
4)자기장이 원형도선 중앙의 값에서 5%이하로 감소하는 거리는 대략 얼마인가?
-> 측정값: 0.05 * 20 = 1로 약 25cm 지점이다.
계산값:
로 약 26.5cm 이다.
5) 위의 그림들이 Lenz의 법치과 일치하는지 설명하여라.
Lenz의 법칙은 다음과 같다.
N극을 코일에 접근시키면 coil을 지나는 자기력선 증가.
→자기력선의 증가를방해하는 방향으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른다. 　
N극을 코일에서 멀리하면 coil을 지나는 자기력선 감소 → 자기력선의 감소를 방해하는 방향으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른다.
그러므로 위의 그림들은 Lenz의 법칙을 잘 만족하고 있다.

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Lenz의 법칙,   전류와 자기장,   물리학 실험