아주대학교 물리학실험 18. 전류와 자기장, 지구자기장 / A+

소개

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.

참고자료

· 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).