페러데이의 법칙

소개

패러데이 유도 법칙에 따라서 간단한 실험을 통하여 전자기 유도 현상의 존재를 확인하고, 같은 규격의 직류 전동기를 벨트로 연결하여 돌림으로서, magnetic field 안에서 코일이 회전할 때 생기는 전위차를 조사하여 전자기 유도 현상을 정량적으로 이해한다.

목차

1. 실험 목적
2. 실험 관련 이론
2-1. 전자기 유도의 Faraday 법칙
2-2. 유도 현상 실험
2-3. 기전력(EMF)
2-4. 자속(Magnetic flux)
2-5. Lenz`s 법칙
2-6. 변압기
2-7. 와전류
2-8. AC 발전기
3. 실험 장치
4. 실험 방법
5. 결과 분석
6. 토의
7. 참고 문헌

본문내용

전계와 자계가 시간과 무관한 정전자계 모델에서는 전계와 자계를 분리된 양으로 취급할 수 있다. 만약 계가 시간에 따라 면하면 이와 같이 전계와 자계를 개별적으로 취급할 수 없다. 사실, 시변 계에서는 전계와 자계는 서로 영향을 미치는데 Faraday 법칙은 이 사실을 이해하는 출발점이 된다. 실험적 관측에 기초하여 정립된 Faraday 법칙은 유도 기전력과 결합자속의 변화율 사이의 관계를 정량적으로 설명한 것으로 다음과 같이 표현된다.
이 식의 양변을 표면에 대하여 적분하고 Stokes 정리를 적용하면,

(단, ε는 기전력)
좌측 그림의 (C)에서와 같이 고리의 단면에 수직한 선이 자기장과 각도 θ를 이룰 때 루프의 단면을 지나는 자속은

이고, 고리가 일정한 각속도 ω로 돌고 있을 때, 시간 t에서의 고리의 방향각 θ는
라고 할 수 있으므로, 이 단면에 이끌린 기전력은 패러데이의 전자기 유도 법칙에 의해

즉, 같은 각속도 ω로 변하는 교류 기전력이다. 일반적으로 루프의 단면적이 A, 턴 수가 N 인 코일의 경우 유도 기전력은

으로 기술된다.
●유도 현상 실험
Magnetic Loop에 스위치(S)의 동작에 의하여 전류가 0에서 I(혹은 I에서 0)까지 변하면 Test Loop에서 전류계의 지시 바늘은 움직인다. 이것은 변화하는 전류는 변화하는 자계를 만들고 변화하는 자계는 Test Loop에서 기전력(emf)을 만들기 때문이다.
●기전력
(Electromotive Force, EMF)
배터리 혹은 패러데이의 법칙에 의한 자기장의 변화로 발생하는 전압을 전통적으로 기전력(electromotive force) 혹은 EMF라고 불린다. EMF는 단위 전하(혹은 전압)당 에너지로 표현된다.
※일반적으로 다음과 같은 경우에 자속이 변할 때 기전력은 유기된다.
① 시변자계 내의 정지회로(시변자계에서 루프가 정지상태일 때)
② 정자계 내의 이동도체(정자 계에서 루프의 면적이 시간에 따라 변할 때)
③ 시변자계 내의 이동도체(시변자계에서 루프의 면적이 시간에 따라 변할 때)

참고자료

· Fundamentals of Engineering Electromagnetics
· David K. Cheng 저, Pearson Addison Wesley
· Physics for Scientists and Engineers
· Paul A. Tipler, Gene Mosca 저, 청문각
· 두산 백과사전