아주대학교 물리학실험 18. 전류와 자기장, 지구자기장 / A+

소개글

아주대학교 물리학실험의 전류와 자기장, 지구자기장 레포트입니다.
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목차

1. 측정값 및 계산
1) 실험 1 자기장의 방향 측정
2) 실험 2 원형코일 대칭축 위에서의 자기장 측정
3) 실험 3 지구자기장 측정

2. 실험 데이터

3. 질문에 대한 토의
1) 질문 1
2) 질문 2
3) 질문 3
4) 질문 4

4. 실험과정 및 결과에 대한 고찰

본문내용

[3] 질문에 대한 토의

질문 1. 위에서 측정한 자기장의 방향은 전류의 방향으로부터 예측할 수 있는 자기장의 방향과 일치하는가? 전류의 방향으로부터 자기장의 방향을 기술하는 물리학의 법칙은 어떤 것이 있는가?

실험1의 첫 번째 실험에서 관측된 자기장의 방향은 서쪽으로, 원형 코일 내의 전류 방향은 시계방향이다. 두 번째 실험에서 관측된 자기장의 방향은 동쪽, 원형 코일 내의 전류 방향은 시계 반대 방향이다. 아무런 전류가 흐르고 있지 않을 때는 나침반은 북쪽 방향, 즉 원형 코일의 오른쪽 반구가 있는 방향을 가리키고 있었다. 암페어의 오른 나사 법칙에 따르면, 도선을 엄지가 전류가 흐르는 방향으로 둔 채 쥐어 잡았을 때 엄지를 제외한 나머지 손가락이 자기장의 방향을 가리킨다. 전류가 시계 방향으로 흐르고 있을 때면 원형 코일 내 자기장은 정면에서 바라보았을 때 들어가는 방향, 즉 서쪽을 가리켜야 하고, 시계 반대 방향으로 전류가 흐른다면 자기장은 정면에서 바라보았을 때 들어오는 방향, 즉 동쪽을 가리켜야한다. 따라서 위 실험에서는 암페어의 오른 나사 법칙을 통해 자기장의 방향을 예측할 수 있고, 이러한 예측은 실험 결과와 일치한다.

질문 2. 영점보정을 할 때 자기장센서의 축을 동서방향으로 정렬하는 이유는 무엇인가?

지구는 하나의 거대한 자석으로, 항상 남극에서 나와 북극으로 들어가는 자기장이 흐르고 있다. 따라서 실험 중 자기장센서의 영점보정을 해야 한다면 지구의 자기장은 최대한 영향을 덜 받는 상태에서 영점보정을 수행해야한다. 자기장 센서는 홀 효과를 활용하는 소자를 통해 관측된다. 즉 소자 내에서 흐르고 있는 전류의 직각 방향으로지구의 자기장이 가해진다면 회로 내에 기전력이 생기고, 이 기전력의 크기를 측정하여 자기장을 측정하는 것이다. 따라서 전류 방향과 자기장의 방향이 평행을 이루는 환경에서 영점 보정을 해야하므로, 자기장센서 축을 동서방향에서 정렬해야 한다.

참고 자료

조두진 외, 『제 12판 물리학 실험』, 아주대학교 출판부, 2018, pp. 157-163.
레이먼드 A. 외, 『대학물리학 II 9th Edition』, 대학물리학교재편찬위원회 역, 북스힐, pp.754-777.
“호올효과”, <첨단산업기술사전>, <https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=869896&cid=42388&categoryId=42388>, (1992.05.01), (2019.11.17).
“Earth's magnetic field”, <Wikipedia>, <https://en.wikipedia.org/wiki/Earth%27s_magnetic_field#cite_note-GeomagneticReferenceField-3>, (2019.11.01), (2019.11.17).