본문내용
1. 패러데이 법칙 실험 및 원리
1.1. 실험 목적
실험 목적은 두 자석 사이에 진동하는 코일에 유도되는 기전력을 측정하여 전기 발전기의 기전력 발생 원리와 패러데이의 유도법칙과 렌츠의 법칙을 이해하는 것이다.
두 자석 사이에 진동하는 코일에서 발생하는 유도기전력을 측정하고, 이를 통해 패러데이의 전자기 유도 법칙과 렌츠의 법칙을 정량적으로 이해하고자 하는 것이 이번 실험의 목적이다.
자기장 내에서 회전하는 코일을 통해 전자기 유도현상을 확인하고, 이 때 발생하는 전위차를 측정하여 패러데이의 법칙을 정량적으로 이해하는 것이 이 실험의 목적이다.
자기장 안에서 회전하는 코일을 통하여 전자기 유도현상을 확인하고, 이 때 발생하는 전위차를 측정함으로써 패러데이의 법칙을 정량적으로 이해하는 것이 실험의 목적이다.
1.2. 관련 이론 및 실험 원리
패러데이의 유도법칙은 회로 내의 유도기전력 ε은 그 회로를 통과하는 자기선속 Φ_B의 변화율과 같다는 것이다. 이는 식으로 ε = - dΦ_B/dt로 표현되며, 여기서 음의 부호는 유도기전력의 방향이 자기선속의 변화를 방해하는 방향임을 나타낸다. 이것이 패러데이의 유도법칙이다.
고리의 단면에 수직한 선이 자기장 B와 각도 θ를 이룰 때 고리면을 지나는 자기선속은 Φ_B = ∫B·dS=BAcosθ이고, 고리가 일정한 각속도 ω로 돌고 있을 때 시간 t에서의 고리의 방향각 θ는 θ=ωt라고 할 수 있으므로, 이 고리에 유도되는 기전력은 패러데이의 유도법칙에 의해 ε = -dΦ_B/dt = -BAlsinωt가 된다. 즉 같은 각진동수 ω로 변하는 교류기전력이 된다.
일반적으로 고리의 면적이 A, 감긴 수가 N인 솔레노이드의 경우 유도기전력은 ε = NABω sinωt = V_0 sinωt와 같이 나타낼 수 있다. 따라서 진폭에 해당하는 V_0는 V_0 = NABω과 같이 쓸 수 있으며, 각진동수와 진폭전압이 비례함을 알 수 있다.
1.3. 실험 기구 및 실험 방법
실험 기구 및 실험 방법은 다음과 같다.
실험 기구로는 850 인터페이스, 가변 간격 자석, 자기장 센서, 회전 운동 센서, 강철 막대, 캡스톤 소프트웨어 등을 사용하였다. 실험 방법은 다음과 같다.
먼저 실험 장치를 준비하고, DC 모터를 직류 전원 공급 장치에, AC 출력단자를 S-CA 시스템의 입력단자 CH A에 연결한다. 직류 전원 공급 장치의 전압조절을 위한 COARSE와 FINE 두 단자 모두 반시계방향으로 끝까지 돌린다. S-CA Server의 스위치를 켜고 컴퓨터에 연결한 다음, I-CA 프로그램을 실행하여 인터페이스분석-스코프보기를 실행한다.
이후 직류전원장치의 전압조절단자를 이용하여 전동기를 구동시키고, 시작버튼을 클릭한 후 출력되는 화면을 관찰한다. 저주파적인 교류 신호가 출력되는지 확인한다. 주기를 측정하기 위해서는 파형의 수가 많을수록 정밀한 값을 얻어낼 수 있으므로 시간 간격을 넓게 잡아준 다음 커서를 이용해 파형수와 DELTA t를 화면에서 읽고 기록한다.
파형이 화면을 벗어나지 않는 범위 내에서 확대하여 관찰하는 것이 좋다. 평...
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