결과 보고서실험 제목 : 유도기전력 측정실험일시:결과보고서 제출날짜:학과(요일/교시) :작성자이름 :[1] 실험값- 1차(외부) 코일길이, L1 = 580mm감은 수, N1 = 1400회실험 1 – 1차 코일의 인가 전류 변화(자기장의 세기 변화)에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정2차(내부) 코일감은 수, N2 = 1500회단면의 반지름, r2 = 19.7mm인가 주파수, f = 100Hz실험 2 – 1차 코일의 인가 주파수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정2차(내부) 코일감은 수, N2 = 1500회단면의 반지름, r2 = 19.7mm인가 전류, Irms = 35.64 mA실험 3 – 2차 코일의 감은 수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정인가 전류, Irms = 35.64 mA인가 주파수, f = 82Hz2차(내부) 코일의 단면의 반지름, r2 = 19.7mm실험 4 – 과정 (10)의 2차 코일의 단면적 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정인가 전류, Irms = 35.64 mA인가 주파수, f = 82Hz2차(내부) 코일의 감은 수, N2 = 1000회[2] 결과 분석이번 실험은 1차(내부) 코일에 전류를 흐르게 하고, 이에 따라 2차(내부) 코일에 유도 기전력을 발생시켜봄으로써 자기선속과 패러데이의 유도 법칙에 알아볼 수 있다.두 코일을 겹쳐 놓은 후 외부 코일에서 교류 전류를 흘려주면, 내부 코일은 단위 면적에 시간당 지속의 변화를 갖게 된다. 이에 따라 자속변화를 거부하는 방향으로 유도 기전력이 발생하게 된다. 식으로 표현하자면 이고, 이를 풀어쓰면이다. 이 중 우리는 자기장 수의 변화에 따른 유도 기전력 발생을 중점적으로 살펴본다. (면적이나 자기장과 단면의 이루는 각이 변하지 않으므로)여기서 왜 교류전류를 이용했는가는 이러한 패러데이 법칙을 잘 이해하면 알 수 있다. 자기장의 변화(dB)를 주기 위해서는 전류의 크기를 주기적으로 바꿔줘야 할 필요가 있기 때문이다.(직류 전류를 흘려주면서 그 세기를 약,강으로 조절해가면서 할 수도 있지만 그것은 너무 불편하고 계산 과정도 힘들다)유도 기전력을 구하면 이다.실험 1 – 1차 코일의 인가 전류 변화(자기장 변화)에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험1은 1차 코일의 인가전류를 변화시켜가며 실험하였다. 감은 수 N2가 1500회인 내부 코일을 선택한 후 인가 주파수 f = 100Hz로 일정하게 한 후, 1차 코일의 인가 전류를 발전시켜가며 2차 코일의 유도기전력의 변화를 살펴보았다. 이때 1차 코일의 인가 전류가 증가함에 따라 2차 코일의 유도기전력이 증가하는 모습을 보였다. 또한 실험값을 그래프로 그려보면 그 형태가 일차함수와 비슷하므로 Irms과 (실험)은 비례함을 확인 할 수 있다.(비교하기 쉽게 인가 전류의 값을 10mA정도씩 늘려가며 실험을 하였고 경향성을 더 쉽게 파악하였다.)패러데이의 유도법칙 에 부합한다는 것을 알 수 있다. 그러므로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있다.실험 2 – 1차 코일의 인가 주파수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정인가 주파수(외부)변화에 따른 기전력(내부)의 변화실험 2는 1차 코일의 인가 주파수를 변화시켜가며 실험하였다. 실험 1에서의 내부코일을 그대로 이용하여 이번에는 1차 코일의 인가 주파수만을 30Hz씩 증가시켜가며 2차 코일의 유도기전력의 변화를 살펴보았다. 이떄 1차 코일의 인가 주파수가 증가함에 따라 2차 코일의 유도기전력이 증가하는 모습을 보였다. 이론적인 값을 비교해도 큰 차이가 나지 않다는 것을 알 수 있으며 마찬가지로 패러데이의 유도법칙에 부합한다는 것을 알 수 있다.실험 3 – 2차 코일의 감은 수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험 3은 2차 코일의 감은 수를 변화시켜가며 실험하였다. 외부 코일의 인가전류와 인가 주파수를 일정하게 유지시키고, 단면의 반지름은 같지만 감은 수가 서로 다른 3개의 코일을 가져와 2차 코일의 감은 수를 감소시켜가며 2차 코일의 유도되는 기전력 크기의 변화를 살펴보았다. 이때 2차 코일의 감은 수가 감소함에 따라 2차 코일의 유도기전력이 감소하는 모습을 보였다. 또한 이는 패러데이의 유도법칙에 부합한다는 것을 알 수 있다.실험 4 – 2차 코일의 단면적 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험 4는 2차 코일의 단면적을 변화시켜가며 실험하였다. 감은 수 N2가 1000회인 코일을 내부코일로 선택하였다. 2차 코일의 단면적의 변화를 2차 코일의 단면의 반지름의 변화를 통해 변화시켰다. 2차 코일의 단면의 반지름을 증가시켜가며 2차 코일의 유도기전력의 변화를 살펴보았다. 코일의 단면의 반지름이 증가함에 따라 2차 코일의 유도기전력이 증가하는 모습을 보였다. 반지름의 제곱이 실제로 그래프가 이차곡선의 형태를 띄어야 하지만 실험 결과는 3회밖에 되지 않기 때문에 이차 곡선의 형태를 정확하게 유추해 내기는 어렵다. 하지만 실험 수를 더 늘려 보았다면 포물선 형태의 그래프를 얻을 수 있었을 것이다.이번 실험 결과에서 다음과 같은 결론을 낼 수 있다이상의 실험 1~4의 결과를 종합하여 유도 기전력에 대해 표현하면 임을 알 수 있다. 이번 4개의 실험을 통하여 패러데이의 유도 법칙을 통해 알아낸 이론식 중 4개의 변수에 대해 관찰할 수 있었다. 추가로 외부 코일의 감은수 N1이나, 길이 L1까지 바꿔가면서 실험을 해보았다면 패러데이의 유도법칙에 대해 좀 더 확실한 검증을 할 수 있었을 것이다.[3] 오차 논의 및 검토이번 실험에서 오차는 식을 통해 구하였다. 은 멀티미터를 이용해 구하였고 은 식을 이용하여 구하였다.오차가 발생한 원인으로는멀티미터를 이용해 측정할 때 발생하는 오차우리는 멀티미터를 이용해 2차(내부) 코일의 교류전압과 1차(외부) 코일의 전류를 측정하였다. 하지만 우리가 이 값들을 측정해 기록 할 때 멀티미터에 표시된 값이 계속 변화해 실험값들을 구하는 과정에서 어려움을 겪었다.2차(내부) 코일의 교류전압이 작게 측정된 경우우리의 모든 이론 값이 실험값보다 크게 측정 되었으므로 이 오차 요소를 충분히 고려해 볼 수 있다.1차(외부) 코일의 인가 전류가 작게 측정된 경우1차(외부) 코일의 인가 전류 Irms는 에 비례한다. 따라서 Irms가 작게 측정되면 역시 작게 구해질 것이고 이에 따라 오차가 커질 것이다. 이 오차 원인 역시 마찬가지로 충분히 고려해 볼 수 있다.2차 코일의 배치에 따른 오차우리는 2차 코일에 전자기유도를 하는 과정에서 2차(내부) 코일을 1차(외부) 코일의 중간에 위치하도록 밀어 넣어야 한다. 하지만 2차 코일이 1차 코일의 중간에 위치하지 않는다면 1차 코일에 의한 전자기유도현상이 균일하게 일어나지 않을 것이다. 실험 과정 중 외부코일 내부를 보기가 어려워 내부 코일을 중간에 맞추기가 상당히 힘들었다. 이는 에 영향을 미치게 되고 오차가 발생하게 되는 원인이 된다.이상적인 솔레노이드와의 차이에 따른 오차실험 결과나 과정 모두 솔레노이드를 이상적인 물체로 간주하고 풀어내었다. 하지만 이상적인 조건을 모두 갖추기란 어렵다. 투자율 에서도 공기와 진공에서의 값은 차이가 난다. 또한, 자기 선속을 눈으로 직접 확인할 수 없으므로 실험 과정에서 어떤 다른 자기장이 영향을 미쳤을지 모른다.[4] 결론이번 실험의 목적은 코일을 통과하는 자기선속의 변화가 코일에 유도기전력을 생성함을 확인하고 이를 통해 패러데이의 유도 법칙을 이해하는 것이다. 우리는 감은 수가 많고 매우 긴 솔레노이드 1차(외부) 코일 내부에 또 다른 2차(내부) 코일을 넣고 1차, 2차 코일의 자기선속을 변화 시켜가며 실험을 하였는데실험 1 – 1차 코일의 인가 전류 변화(자기장 변화)에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험 2 – 1차 코일의 인가 주파수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험 3 – 2차 코일의 감은 수 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정실험 4 – 2차 코일의 단면적 변화에 따른 2차 코일의 유도기전력 측정위의 4개의 실험을 통해 1, 2차 코일의 자기선속 변화 요인이 2차 코일에 유도되는 유도기전력에 어떠한 영향을 미치는지 알 수 있었다.이를 통해 임을 확인하였고 패러데이의 유도 법칙을 통해 이끌어 낼 수 있는 2차 코일의 유도 기전력의 크기를 확인할 수 있다.
