전류와 전류사이 (로렌츠의 힘)

소개

이번 실험에서는 균일한 자기장을 걸어준 상태에서 자기장 내부의 도선에 전류가 걸어 주었을 때 도선이 힘을 어떻게 받는가를 확인하고 그 힘의 특성과 어떠한 요인에 의해 크기나 방향이 바뀌는지 알아보기 위한 실험이다. 우선 자기장을 걸어주는 매개체는 솔레노이드로 한다. 이 솔레노이드 내부에 전류천칭을 넣은 후에 전류가 흐르도록 해준다. 전류의 크기나 방향에 따라서 전류천칭이 기우는 방향과 기우는 정도에 의해 힘의 크기와 방향을 알아 낼 수 있다. 그리고 자기장의 세기도 변화시켜야하는데 이는 솔레노이드에 흐르는 전류의 크기를 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다.

목차

1. 요약
2. 실험목적
3. 배경이론
• 솔레노이드의 자기장과 토크
• 로렌츠 힘
• 중력에 의한 토크
4. DATA
1) 솔레노이드에 1A의 전류가 흐르고 천칭전류를 변화시킬 때
2) 천칭전류가 1A로 일정하고 솔레노이드의 전류를 변화시킬 때
5. Discussion

본문내용

2. 실험목적
전류를 흐르게 하면 솔레노이드 내부에 자기장이 생긴다. 자기장 내부의 도선에 전류를 걸어주면 토크를 받게 된다. 솔레노이드에 흐르는 전류과 도선에 흐르는 전류사이에 토크가 작용하는 것이다. 이 실험에서는 균일한 자기마당에 도선을 놓고 도선에 전류를 흘려준 뒤 자기장의 세기를 변화시켜보고 흐르는 전류의 크기도 변화시킬 때 나타나는 변화를 살펴본다.

3. 배경이론

• 솔레노이드의 자기장과 토크
앙페르의 법칙을 이용하면 솔레노이드 내부의 자기장을 구할 수 있다. 앙페르의 법칙을 쓰기위해서 솔레노이드의 길이를 무한이 길다(이상적인)고 가정하자. 무한히 길고 또 무한히 촘촘히 감긴 솔레노이드에 전류 가 흐르면 솔레노이드 내부의 자기장은 위치에 관계없이 균일하고 방향은 전류에 대해 오른나사법칙을 적용한 방향이 될 것이다. 또한, 솔레노이드 외부의 자기장은 0이 되므로 그림과 같이 길이 의 사각 고리를 닫힌 고리로 택하면


가 되어 솔레노이드 내부에서는 자기장의 크기가

됨을 알 수 있다. 여기서 은 단위 길이당 감은 수이다.

토크의 크기는 로 정의되므로 이 실험에서와 같이 전류가 흐르는 고리의 일부분만이 자기마당 안에 들어 있는 경우에는 자기마당 에 의해 전류 I 가 흐르는 고리가 받는 토크는

이다.

• 로렌츠 힘
속도 로 움직이는 전하량 의 시험 전하에 작용하는 힘 를 와 자기장으로 정의하는 벡터곱으로 나타낼 수 있다. 즉

이다. 이를 로렌츠힘이라고 부른다. 그리고 전기마당 가 동시에 존재하면

라고 정의를 내린다.

참고자료

· 없음