실험6. 전류와 자기장(솔레노이드의 자기장 측정) 예비

소개

항상 A+를 받아온 성균관대학교 일반물리학 실험2의 레포트입니다.

목차

1. 실험 목적

2. 이론적 배경
2.1 자기장 계산 법칙
2.1.1 비오-사바르의 법칙
2.1.2 앙페르의 법칙

2.2 솔레노이드의 자기장

3. 실험 기구 및 장치

4. 실험 방법
4.1 센서의 교정
4.2 솔레노이드 내부의 자기장 측정

5. 참고 문헌

본문내용

1. 실험 목적

일정한 전류가 흐르는 솔레노이드 내부와 외부에서 자기장의 세기를 가우스 센서를 이용하여 측정하고 센서의 교정과정을 통하여 측정기의 측정원리를 이해한다.

2. 이론적 배경

2.1 자기장 계산 법칙

무한히 작은 길이의 도선에 흐르는 전류()에 대한 자기장()의 크기와 방향을 측정하려 할 때, 자기장 계산을 위하여 사용되는 법칙으로 비오-사비르 법칙과 앙페르의 법칙 두 가지가 있다.

2.1.1 비오-사바르의 법칙

전류 가 흐르는 임의의 도선을 생각하고, 도선 중 충분히 작은 길이의 요소 을 고려하면, 이때 전류 요소는 으로 주어진다.
이 전류요소에서 변위 r만큼 떨어진 곳에 생성되는 작은 자기장 dB는

<중 략>

여기서, z는 원형코일의 중심에서 측정하고자하는 자기장까지의 거리를 나타낸다.
원형코일 중심에서의 자기장은 인 경우이므로,

로 나타난다.

매우 긴 이상적인 솔레노이드 내부에서의 자기장은 앙페르의 법칙에 따라서

과 같이 주어진다.
I는 전류를 말하고, n은 솔레노이드 단위길이당 도선의 감은 횟수이다. 이 자기장의 세기는 코일 반경이나 코일 내부위치와 무관하다. 그러나, 실제로는 솔레노이드의 길이가 유한하기 때문에, 솔레노이드 내부 자기장이 식 (7)에서처럼 완벽하게 균일하지 않다. 그래서, 실제 솔레노이드의 경우에는 솔레노이드 중심 축 상에서의 자기장 Bx는 다음과 같이 주어진다.

<중 략>

1) 그림2의 홀센서를 솔레노이드 입구에 위치시킨다. 이 때 홀센서는 솔레노이드 입구에서 3~4cm 떨어진 위치에 놓는 것이 적당하다.

2) 그림2의 솔레노이드 연결 단자에 전원공급기를 이용하여 직류전압을 걸어준다.

3) Physics View 프로그램의 [인터페이스분석]-[데이터 로그보기]를 선택한다.

4) 센서이동드라이버를 작동시켜 홀센서를 이동시킨다. 데이터로그보기 화면에 이상 없이 신호가 들어오는 것을 확인하고 센서이동드라이버가 끝까지 움직였을 때 센서가 이상 없이 솔레노이드의 다른 끝을 지나는지 확인한다.

참고자료

· 유인태 외 21인, 「일반물리학 실험」, (주) 도서출판 북스힐, 2010, 199~207 쪽