전류가 만드는 자기장

소개

"전류가 만드는 자기장"에 대한 내용입니다.

목차

1. BACKGROUND
A. 비오-사바르 법칙
B. 솔레노이드가 만드는 자기장
C. 원형 코일이 만드는 자기장
D. 헬름홀츠 코일이 만드는 자기장

2. EXPERIMENTAL METHODS

3. RESULTS

4. DISCUSSION

5. CONCLUSION

본문내용

전하의 이동으로 전류가 발생하면 그 주위에는 자기장이 형성된다. 이처럼 전류에 의해서 형성된 자기장은 비오-사바르 법칙(Biot-Savart law)을 따르게 된다. 본 실험에서는 특징적인 도선 구조물인 솔레노이드, 원형 코일, 헬름홀츠 코일에 전류를 흘리고 이로 인해 형성된 자기장의 세기 및 방향을 중심축 상의 여러 위치에서 측정해 볼 것이다. 측정한 자기장의 절댓값 및 변화량을 바탕으로 측정 위치와 자기장 사이의 관계, 도선에 흘려준 전류와 자기장 사이의 관계에 대해서 살펴볼 것이며 비오-사바르 법칙을 통해 계산한 이론값과 측정값이 잘 일치하는지 비교해 볼 것이다.

BACKGROUND
A.비오-사바르 법칙
i의 전류가 흐르는 도선의 미소부분에 의해 공간 상 한 점, P에 형성되는 자기장 dB ⃗는 아래와 같은 식으로 표현할 수 있다.
dB ⃗=μ_0/4π (i ds ⃗×r ⃗)/r^3 (1)
(μ_0:진공의투자율, ds ⃗: 도선의 미소 부분의 길이 및 방향,
( r) ⃗:도선의 미소 부분을 기준으로 한 P점의 위치)
따라서 이를 벡터 적분하면 도선 전체가 공간상의 한 지점에 형성하는 자기장을 구할 수 있게 된다.
B. 솔레노이드가 만드는 자기장
이상적인 솔레노이드는 길이가 무한히 길고 도선이 빈틈없이 감긴 솔레노이드다. 이 경우 외부에는 자기장을 만들지 않고 내부에는 일정한 자기장을 형성한다. 이 자기장의 방향은 오른손 네 손가락을 전류의 방향으로 감아쥘 때 엄지손가락이 가리키는 방향이며 크기는 아래와 같은 식으로 표현할 수 있다.
B=μ_0 ni (2)
(n: 단위 길이당 도선을 감은수,i:도선에 흐르는 전류)
그러나 실제 솔레노이드는 길이가 유한하기에 외부에도 자기장을 만들며 내부에 형성하는 자기장도 일정하지 않다. 따라서 내부에 형성된 자기장을 구하기 위해서는 비오-사바르 법칙을 이용해 계산해야 한다.

참고자료

· “실험 2 전류가 만드는 자기장”. Physics Laboratory of SNU.