작 성 일 : 2018 년 9 월 17 일결재팀 장 부 장대 표수 신 : 기술부 홍길동 부장보 고 자 : 기술부 ㅇㅇㅇ 대리업 무 명 : 시제품 원소재의 경도 값 오류휴대폰 스크린 시제품 제작중 원소재의 경도 값의 오류가 발생하여 아래와 같이회의한 사항을 보고드립니다.1. 의제 : 휴대폰 스크린 시제품 원소의 경도 값 오류에 대해2. 일시 : 9월 16일3. 문제 상황1) 휴대폰 스크린 시제품 제작 중에서 B회사에서 납품한 원소재의 경도 값(9.1H)이 규정 값(10H)보다 낮은 것을 발견하였다.업무내용 2) B회사에서는 경도 규정 값을 만족한 제품을 납품했다고 주장한다.3) 제작 시일은 2018년 12월 25일까지이지만 문제발생으로 인해 기간 내에& 완성하지 못한다.4. 해결 방안1) 기존의 원소재를 열처리하여 경도 값을 향상시키는 방법을 모색한다.2) 납품업체인 C회사의 제품을 고려한다.5. 의견보고내용 B회사와 다시 타협하여 원소재를 다시 납품하는 것이 바람직하지만 요구사항에 맞는 제품을 납품했다고 강력하게 주장하여 다른 해결방법을 모색해 보았습니다. 다른 납품업체인 C회사의 제품을 고려하는 방법도 있었지만 비용 손실이 예상되어 기존의 원소재를 열처리하여 강도를 향상시키는 방법이 효율적이라 사료됩니다만 지시를 부탁드립니다. 끝.
1. 실험 목적축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 축전기의 기능을 알아본다.2. 실험 원리(1) 축전기의 충전 과정축전기, 저항, 기전력 장치로 구성된 직렬 회로를 생각하자. 축전기가 초기에 충전되지 않았고 스위치가 열려 있으면 회로에는 전류가 흐르지 않는다. 시간 t=0일 때 스위치를 닫으면 전류가 회로에 흐르기 시작하여 축전기에 충전이 된다. 시간 t일 때 축전기에 충전된 전하가 q라면 이는 전류에 의한 것으로 전하의 시간 변화율은 전류와 같다.I=dq/dt(24.1)축전기의 전하는 축전기에△V=q/C의 전위차를 만든다. 축전기에 전하가 충전되어△V=V _{ 0}가 되면 회로에는 전류가 흐르지 않게 되며, 이때 충전된 전하량은Q=△VC=V_{0}C가 된다.시간에 따라 축전기에 충전된 전하량, 전위차, 회로에 흐르는 전류를 알아보기 위해 주어진 회로에 Kirchhoff 제 2법칙을 적용하면 다음과 같이 된다.{q } over {C }+IR=V_0(24.2)여기에 식 (24.1)을 대입하면 다음과 같다.{ dq} over {q-V_0 C} =- { 1} over {RC } dt(24.3)초기 조건 즉 t=0 일 때 축전기의 전하량이 q=0이라는 것을 적용하면 위 미분방정식의 해는 다음과 같다.q=V_0 C(1-e ^{ -t/RC} )(24.4)이때 최댓값의 63.2%까지 충전되는 데 걸리는 시간 t=RC를 시정수(time constant)라고 부른다. 축전기에 걸리는 전위차는 다음과 같이 전하량과 비례하고 같은 시간의 함수로 나타난다.△V=V_0 (1-e^{1-t/RC})(24.5)회로에 흐르는 전류는 다음과 같이 시간에 따라 지수적으로 감소하고, 시정수는 초기 전류값에 대해 36.8% 감소하는 데 걸리는 시간이라는 것을 알 수 있다.I= { dq} over {dt }= { V_0} over {R } e ^{ -t/RC}(24.6)(2) 축전기의 방전 과정회로의 스위치를 열고 기전력 장치(전원)를 분리한 다음 스위치를 닫으면 충전된 축전기의 전위차에 의해 회7)여기에 식 (24.1)을 대입하면 다음과 같다.{ dq} over {q } =- { 1} over {RC } dt(24.8)초기 조건, 즉 t=0일 때 축전기의 전하량이q=Q=V_0 C라는 것을 적용하면 위 미분방정식의 해는 다음과 같다.q=V_0 C e^{-t/RC}(24.9)I= { dq} over {dt }=- { V_0} over {R } e^{-t/RC}(24.10)전하량과 전류는 시간에 대해 지수적으로 감소하며t=RC 일 때는 초기값에 대해 63.2%로 감소하게 된다. 전류의 (-) 부호는 충전되는 경우와 반대로 전류가 흐르는 것을 나타낸다.3. 실험 기구 및 재료축전기(capacitor), 저항, 직류 전원 공급기, 멀티미터, 초시계4. 실험 방법실험 1) 충전 과정① 표시된 축전기의 용량과 저항의 저항값을 기록하고, 회로를 구성한다.② 전원 공급기의 전원을 켜고 충전 과정이 일어나도록 스위치를 전환한다. 일정한 시간 간격으로 축전기 양단의 전압V_c 와 회로에 흐르는 전류I 를 측정하여 기록한다.몇 초 간격으로 측정할 것인지는 간단한 예비 실험을 미리 해보고 결정하라실험 2) 방전 과정③ 방전 과정이 일어나도록 스위치를 전환한다.④ 일정한 시간 간격으로 축전기 양단의 전압과 회로에 흐르는 전류를 측정하여 기록한다.⑤ 축전기를 바꾸고 ①~④의 과정을 반복한다.⑥ 저항을 바꾸고 ①~④의 과정을 반복한다.⑦ 시간(t) 대 전압(V_c), 시간(t) 대 전류(I)의 그래프를 그린다.⑧ 시간(t) 대 로그전압(ln V_c), 시간(t) 대 로그전류(ln I)의 그래프를 그리고 기울기로부터 시정수를 구한다.5. 측정값C= 100μFR= 100kΩV_0 = 5V충전 과정방전 과정tIV_cln Iln V_ctIV_cln Iln V_c4.000.0242.82-3.731.044.00-0.0242.44-3.730.898.000.0133.07-4.341.128.00-0.0131.31-4.340.2712.000.0084.36-4.831.4712.00-0.0070.74.000.0024.94-6.211.6024.00-0.0010.13-6.91-2.0428.000.0014.99-6.911.6128.00-0.0010.08-6.91-2.5332.000.0015.01-6.911.6132.0000.05-∞-3.0036.000.0015.04-6.911.6236.0000.04-∞-3.2240.000.0015.05-6.911.6240.0000.02-∞-3.9144.000.0015.06-6.911.6244.0000.01-∞-4.6148.000.0015.06-6.911.6248.0000.01-∞-4.6152.000.0015.07-6.911.6252.0000.01-∞-4.6156.000.0015.07-6.911.6256.0000-∞-∞60.000.0015.07-6.911.6260.0000-∞-∞64.000.0015.07-6.911.6264.0000-∞-∞68.000.0015.07-6.911.6268.0000-∞-∞72.000.0015.07-6.911.6272.0000-∞-∞76.000.0015.07-6.911.6276.0000-∞-∞80.000.0015.07-6.911.6280.0000-∞-∞0.0015.07-6.911.6284.0000-∞-∞84.000.0015.07-6.911.6288.0000-∞-∞88.00C= 330μFR= 50kΩV_0 = 5V충전 과정방전 과정tIV_cln Iln V_ctIV_cln Iln V_c4.000.0383.24-3.271.184.00-0.0552.72-2.901.008.000.0214.08-3.861.418.00-0.0351.74-3.350.5512.000.0124.50-4.421.5012.00-0.0201.01-3.910.0116.000.0074.76-4.961.5616.00-0.0120.59-4.42-0.5320.000.0054.88-5.301.5920.00-0.0070.37-4.96-0.9924.000.0034.94-5.811.6024.00-0.0040.22-5.52-1.5128.000.0025.00-0-0.0010.06-6.91-2.8140.000.0015.07-6.911.6240.00-0.0010.04-6.91-3.2244.000.0015.08-6.911.6344.00-0.0010.02-6.91-3.9148.000.0015.09-6.911.6348.0000.01-∞-4.6152.000.0015.09-6.911.6352.0000.01-∞-4.6156.000.0015.09-6.911.6356.0000.01-∞-4.6160.000.0015.09-6.911.6360.0000.01-∞-4.6164.000.0015.09-6.911.6364.0000.01-∞-4.6168.000.0015.09-6.911.6368.0000.01-∞-4.6172.000.0015.09-6.911.6372.0000.01-∞-4.6176.000.0015.09-6.911.6376.0000.01-∞-4.6180.000.0015.09-6.911.6380.0000.01-∞-4.610.0015.09-6.911.6384.0000-∞-∞84.000.0015.09-6.911.6388.0000-∞-∞88.006. 실험 결과C= 100μFR= 100kΩV_0 = 5V-충천과정--방전과정-C= 330μFR= 50kΩV_0 = 5V-충전과정--방전과정-이론값과 실험값을 통해 2개의 실험에서의 시정수를 구하면 다음과 같다.①②실험값5.29s9.08s이론값(충전시)10s16.5s상대오차47%45%시정수란 최대값의 63.2%까지 충전되는데 걸리는 시간 (t = RC) 이다.① C= 100 X 10^(-6) FR = 100X 10^(3) ΩC X R = 10 (초)최대값 5V의 63.2% 인 3.16V까지 충전하는 데 걸리는 시간= 약 5.29초(상대오차:47%)② C= 330 X 10^(-6) FR = 50 X 10^(3) ΩC X R = 16.5 (초)최대값 5V의 63.2% 인 3.16V까지 도달하는 데 걸리는 시간= 약 4초(상대오차:20%)7. 결과에 대한 논의이번 실험은 축전기의 충전과 방전 과정을 관찰하여 의 형태를 띠었다. 방전 시에는 전압의 크기가 감소하고 전류의 크기가 증가하였다 그래프도 지수함수와 로그함수의 형태를 띠었다. 전류값을 살펴보면 시간에 따라 충전과 방전시에 절대값이 모두 감소하는 것을 볼 수 있는데 이는 충전시에는 콘덴서에 대전현상으로 인해 충전전압과 반대의 극성으로 콘덴서에 전압이 발생되므로 그로 인해 전류의 흐름이 방해 받는 것이고 방전시에는 방전되면서 서서히 전압이 강하되므로 그로 인해 전류의 절대값이 감소하는 것을 볼 수 있다. 충전시와 방전시의 전류의 부호가 +,-로 다른 것은 전류가 흐르는 방향이 서로 다르기 때문에 그렇게 나타나는 것이다.시정수의 오차가나는 이유는 충전을 할 때 0V에서 시작하지 못하였다. 그리고 방전할 때 측정할 때 시간이 지나면서 멀티미터의 유효숫자 때문에 0값이 나와서 정확하게 측정할 수 없었다. 그래서 방전시의 시정수를 구하지 못했다. 이러한 많은 이유 중에서도 가장 큰 이유는 동영상 촬영을 하고 시간간격을 쪼개는 과정에서 같은 전압, 전류 값이라 하여도 동영상을 멈추는 시간을 임의로 선택한 시간을 기입하였기에 오차가 많이 발생하였다. 실험자에 의해 발생한 이러한 원인들도 있지만 멀티미터자체도 값이 변화하는 것이 바로바로 나타나지 않고 간격을 두고 측정되기 때문에 또한 오차가 발생하였다.8. 결론그래프를 통해 알 수 있듯이, 축전기의 충전의 과정에서 전압은 급격하게 증가하다가 점점 그 증가폭이 줄어들며, 전류는 급격히 감소하다가 그 감소폭이 줄어든다. 전압과 전류의 진행상황을 볼 때, 시간이 무한대로 증가한다면, 전압은 전압원의 크기와 똑같은V_0가 될 것이고, 전류는 점점 줄어들어 0으로 될 것임을 짐작할 수 있다. 하지만 아무리 전압을 급격하게 증가한다고 해도 저항만 연결했을 때와 같은 수직적인 상승은 일어나지 않는다. 따라서 콘덴서는 전압을 서서히(저항에 비해) 증가시켜줌으로써 전자기기에 갑자기 고압이 걸리는 것을 방지하여 기기의 손상을 막을 수 있을 것이다.시간이 지남에 따라 콘덴서에 걸리는 전압이
1. 실험 목적교류 전류가 흐르는 도선에서 발생하는 자기장을 탐지 코일에 유도되는 기전력을 측정하여 구한다. 이로부터 직선 도선, 원형 도선 주변 및 솔레노이드 내부의 자기장 세기의 분포를 구하고 Faraday 유도 법칙과 Biot-Savart 법칙에 대해 배운다.2. 실험 원리(1) 전류가 만드는 자기장Ampere 고리 내부의 알짜 전류를i_enc라고 하면 Ampere 법칙은 다음과 같다.oint _{ } ^{ } { vec { B} d vec {s} } =μ _{ 0} i _{ enc}(26.1)여기서μ_0는 투자 상수이며, 그 값은4π*10 ^{ -7} T m/A이다.1) 긴 직선 도선에 흐르는 전류가 만드는 자기장전류i가 흐르는 무한히 긴 직선 도선을 중심으로 반지름이r인 Ampere 고리에서 자기장의 크기B는 고리 위의 모든 점에서 같다. 길이 요소d vec{s}의 방향은 반시계 방향으로 적분하여 Ampere 법칙을 적용하면B(2πr)=π_0 i를 얻는다. 즉,B= { μ_0 i} over {2πr }(26.2)2) 원형 전류 고리가 만드는 자기장전류i가 흐르는 반지름R인 원형 도선의 뒤쪽 반이 있다. Biot_Savart 법칙과 오른손 법칙에 의하면 P점에서 전류 요소id vec{s}가 만드는 자기장d vec{B}는d vec{s}와vec{r}에 모두 수직하므로 지면과 같은 평면에 있다.d vec{B}를 중심축에 평행한 성분dB_||과 수직한 성분dB_ㅗ로 나누면 고리의 모든 전류 요소에 대해 수직 성분dB_ㅗ의 합은 대칭성에 의해 0이 된다. 따라서 P점에서의 자기장은 축에 평행한 성분만 남는다.d vec{s}에 대해 Biot-Savart 법칙을 적용하면 자기장은dB= {μ _{0}} over {4 pi } {ids`sin90} over {r ^{2}}(26.3)이며,dB_|| = dB cosa이므로dB_|| = { μ_0 i cosa ds} over {4πr^2 }(26.4)이다.r과a를z로 표현하여 식 (26.4)에 대입하면dB_||는dB_|| ^{d } {vecB ?d vecs } + oint _{ d} ^{ a} {vecB ?d vecs }(26.7)우변 첫 번째 적분의 결과는 이다. 두 번째와 네 번째의 적분은vecB가d vecs와 수직하거나 0이 되므로 적분값은 0이며, 외부 자기장이 0이므로 세 번째의 적분 역시 0이다. 따라서 전체 직사각형 고리에 대한 적분oint _{ } ^{ } {vecB ?d vecs }의 값은Bh이다.솔레노이드의 단위 길이당 감은 횟수를n이라고 하면 Ampere 고리 안의 전류 고리 개수는nh이므로 고리 안을 흐르는 알짜 전류는i_enc = i(nh)이다. 따라서 Ampere 법칙으로부터Bh=μ_0 inh 즉,B=μ_0 n i(26.8)이다. 식 (26.8)은 매우 긴 이상적인 솔레노이드에 대해서 얻은 결과이지만 실제 솔레노이드에서도 양 끝에 너무 가깝지 않은 내부 영역에서는 적용이 잘 된다.(2) 탐지 코일을 이용한 교류 자기장의 측정각진동수w로 시간에 따라 크기가 변하는 자기장B(t) 속에 자기장의 방향과 나란하게 탐지 코일(probe coil)이 놓여 있다고 하면, 탐지 코일을 지나는 자기다발Φ_B (t)의 크기는Φ_B (t) =N_A A_p B(t) =N_A A_p B_0 sinwt 가 된다. 여기서N_p와A_p는 각각 탐지 코일의 감긴 횟수와 코일의 단면적을 나타내며, 탐지 코일에 유도되는 기전력ε(t) = - { dΦ_B (t)} over {dt }= - { d} over {dt } (N_p A_p B_0 sinwt) = -wN_p A_p B_0 coswt 는 Faraday 법칙에 따라ε(t) = - { dΦ_B(t)} over {dt } = - { d} over {dt } (N_p A_p B_0 sinwt) = - wN_p A_p B_0 coswt(26.9)가 된다. 따라서 유도 기전력의 진폭ε_0는ε_0 = wN_p A_p B_0가 되고 이를 자기장에 대해 다시 고쳐 표현하면B_0 = { ε_0} over {wN_p A_p }(26.10)가 된다. 중심축과 수직 도선이 서로 직각이 되도록 위치 조정을 한다.⑤ 전류를 0.5A 씩 최대 2.5A까지 올리면서 유도 기전력을 측정하고 자기장을 계산하여 전류와 자기장의 그래프를 그린다.⑥ 전류를 2.0A 로 고정하고, 수직 도선과 탐지 코일의 중심축과의 거리(r)를 5 mm씩 증가시키면서 유도 기전력의 변화를 측정하고 1/r과 자기장(B_ac)의 그래프를 그린다.실험 2) 원형 전류 고리에 의한 자기장① 직선 전류 고리를 원형 전류 고리로 바꾸고 자기장을 측정할 수 있도록 탐지 코일의 위치와 방향을 맞춘다.② 탐지 코일을 원형 전류 고리의 중심에 위치시키고 탐지 코일의 중심축과 전류 고리의 축이 일치하도록 위치 조정을 한다.③ 전류를 0.5A 씩 최대 2.5A까지 올리면서 유도 기전력을 측정하고 자기장을 계산하여 전류와 자기장의 그래프를 그린다.④ 전류를 2.0A 로 고정하고 탐지 코일과 전류 고리 중심과의 거리(z)를 5 mm 씩 증가시키면서 유도 기전력의 변화를 측정한다. 그리고(R^2 +z^2)^-3/2와 자기장(B_ac)의 그래프를 그린다.5. 측정값탐지 코일의 평균 반지름6.5mm 탐지 코일의 평균 단면적(A_p)132.73mm^2 탐지 코일의 감은 횟수(N_p)6000 회실험 1 - 직선 전류에 의한 자기장탐지 코일 축과 직선 도선과의 거리 : 50mmI_{ ac}(A)varepsilon _{ac} (V)B_ac (μT)B_ac 이론(μT)000010.0052.50420.0115.50830.0178.5012전류I_ac= 2.0 Ar(mm)1/r(mm ^{ -1})varepsilon _{ac} (V)B _{ac} ( muT)B _{ac} 이론( mu T)200.050.0136.5020400.0250.0094.5010600.01670.0052.506.67800.01250.0042.0051000.010.0020.104실험 2 - 원형 전류 고리에 의한 자기장전류 고리의 반경(R) :100mmI_{ ac}(A)varepsilon _{ac} (V)B _{ac}`,`N _{p} =6000`,`A _{p} =132.73` TIMES 10 ^{-6} m ^{2} 대입)*B _{ac이론} = {mu _{0} i} over {2 pi r} : 측정값i,r에 따른B _{ac이론} 계산 (mu _{0} =4 pi TIMES 10 ^{-7} T BULLET m/A 대입)(1)r=0.050m , 측정값i 대입(2)i=I _{ac} =2A , 측정값r(m 단위로 바꾼 후) 대입I_{ ac}(A)B_ac (μT)오차율00-12.5038%25.5031%38.5030%I_{ ac}(A)B _{ac} 이론( mu T)오차율00-16.2838%212.5731%318.8530%1/r(mm ^{ -1})B _{ac} ( muT)오차율00-0.056.5068%0.0254.5055%0.01672.5063%0.01252.0060%0.010.1075%1/r(mm ^{ -1})B_{ ac}이론(μT)오차율012.57-0.0511.8568%0.02510.0655%0.01677.9263%0.01255.9860%0.014.4475%실험2-원형전류에 의한 자기장*B _{ac} = {epsilon _{ac}} over {omega N _{P} A _{P}} : 측정값{epsilon _{ac} 에 따른B _{ac} 계산(w=2 pi *400Hz`,`N _{p} =6000`,`A _{p} =132.73` TIMES 10 ^{-6} m ^{2} 대입)*B _{ac이론} = {mu _{0} iR ^{2}} over {2(R ^{2} +z ^{2} ) ^{3/2}} : 측정값i,z에 따른B _{ac이론} 계산 (mu _{0} =4 pi TIMES 10 ^{-7} T BULLET m/A ,R=0.1m 대입)(1)z=0`m , 측정값i 대입(2)i=I _{ac} =2A , 측정값z(m 단위로 바꾼 후) 대입I_{ ac}(A)B_ac (μT)오차율00-16.005%212.005%319.007%I_{ ac}(A)B _{ac} 이론( mu T)오차율00-16.285%212.575 _{ac}를 측정하였다. 이때의 전류와 자기장의 관계를 나타낸 그래프가 비례함을 확인함으로써 자기장의 공식B _{ac} = {epsilon _{ac}} over {omega N _{P} A _{P}} 을 확인하였다.두 번째 실험에서는 전류를 2.0A로 고정시킨 상태에서 탐지코일과 도선의 거리를 변화하면서 자기장의 세기를 측정했다. 거리의 역수1/r과 자기장 의 관계를 나타낸 그래프를 통해 거리가 일정하게 증가함에 따라 자기장의 세기가 감소함을 알았고, 두 관계가 반비례함으로1/r과 자기장은 비례함을 자기장의 공식B _{ac이론} = {mu _{0} i} over {2 pi r}과 그래프가 직선을 나타냄을 통해 확인하였다.(실험2) 원형 전류 고리에 의한 자기장첫 번째 실험은 원형도선의 중앙과 탐지코일의 거리z이 0인 상태에서 전류i의 변화에 따라 자기장을 측정했다.z=0임을 원형도선 주위의 자기장 이론 공식에 대입하면B _{ac이론} = {mu _{0}i over2R 로서 전류와 자기장의 세기가 비례함을B _{ac} = {epsilon _{ac}} over {omega N _{P} A _{P}}공식을 통해 알 수 있다. 또한, 기전력varepsilon _{ac}을 통해 측정한 자기장B _{ac}와 전류의 그래프에서 직선을 띠는 것에서도 비례함을 확인할 수 있다.두 번째 실험은 전류I _{ac} =2.0A로 고정하고z를 변화하면서 측정했다.B _{ac이론} = {mu _{0} iR ^{2}} over {2(R ^{2} +z ^{2} ) ^{3/2}}=( mu _{0} iR ^{2} /2)(R ^{2} +z ^{2} ) ^{-3/2} 이므로 그래프를 통해서 자기장과(R ^{2} +z ^{2} ) ^{-3/2}이 비례함을 확인했다. 전체적인 오차의 원인에는 두 실험에서 코일 축과 도선이 정확한 수직, 수평을 이루지 못하였다. 또한, 전류가 0.1차이로 계속 변하는 불완전성으로 인한 기계 오차가 있다. 마지막으로, mm단위로 측정한 이번 실험의 경우는 작은 단위를 한다.
일반물리학실험(Ⅱ) 결과보고서전류저울학과: 재료공학부학번: 201623109이름: 권진경공동실험자: 고은경, 김도아담당교수: 정광식 교수님담당조교: 김건태 조교님실험날짜: 2016년 09월 10일제출날짜: 2016년 09월 17일Ⅰ.실험목적전류가 흐르는 전선이 자기장 속에서 받는 힘을 측정하여 자기장을 계산하고 전류와 자기력과의 관계를 이해한다.Ⅱ.실험원리전류가 흐르는 도선은 자기장 속에서 자기력을 받는다. 자기력의 크기와 방향은 전류의 크기(I), 도선의 길이(L), 자기장의 세기(B), 자기장과 도선이 이루는 각(phi )의 4가지 요소에 의해 결정된다. 즉, 자기력의 크기는F _{B} =ILBsin phi 이다. 특히 이 실험에서는phi 가 90°인 경우로 균일한 자기장B 내에서 자기장과 수직인 방향으로 긴 직선 도선에 전류i가 흐를 때 직선 도선 중 길이가L만큼인 부분이 받는 힘은F _{B} =ILB 이 된다.Ⅲ.실험기구 및 재료전류저울, 전류 고리 세트, 전자저울, 멀티미터, 직류전원공급기Ⅳ.실험방법① 직류전원 공급기의 정전류 상태 설정② 직류 전원 장치의 +, - 출력 단자에 아무것도 연결시키지 말고 전원을 켠다.③ 전압조정 손잡이를 돌려 1V에 맞추고 전류조정 손잡이를 시계반대방향으로 끝까지 돌린다.④ 회로에 연결하고 정전류 상태 표시등이 켜진 것을 확인한 후 전류 조정 손잡이를 돌려 전류를 제어한다.실험 도선의 길이와 자기력① 길이가 다른 전류 고리를 여러 개 선택하여 실험1의 과정을 되풀이한다.② 전류가 1A, 2A, 3A일 때 도선의 길이와 힘의 그래프를 그리고 자기장을 구한다.Ⅴ.측정값도선의 길이와 자기력L=6.4cmL=2.2cmL=4.2cm전류(A)질량(g)힘(N)전류(A)질량(g)힘(N)전류(A)질량(g)힘(N)0000000000.50.250.002450.50.10.000980.50.120.0011761.00.520.0050961.00.190.0018621.00.260.0025481.50.740.0072521.50.280.0027441.50.400.003922.00.990.0097022.00.370.0036262.00.540.0052922.51.230.0120542.50.460.0045082.50.680.0066643.01.490.0146023.00.540.0052923.00.820.008036B=0.07648594TB=0.0835722TB=0.0615222TL=1.2cmL=8.4cmL=3.2cm전류(A)질량(g)힘(N)전류(A)질량(g)힘(N)전류(A)질량(g)힘(N)0000000000.50.010.0000980.50.280.0027440.50.120.0011761.00.060.0005881.00.580.0056841.00.230.0022541.50.10.000981.50.880.0086241.50.330.0032342.00.150.001472.01.170.0114662.00.440.0043122.50.190.0018622.51.440.0141122.50.540.0052923.00.240.0023523.01.720.0168563.00.640.006272B=0.0514046TB=0.0672972TB=0.0683618TⅥ.실험결과도선길이 L?힘 그래프① 전류가 1A일 때의 그래프가로축이 도선의 길이이고 세로축이 힘의 크기를 나타내는 그래프에서의 기울기는F=BIL 식을 이용하면 F/L=BI가 된다.기울기가 0.0717이고 I=1A이므로 자기장B는 (0.0717) T 이다.② 전류가 2A일 때의 그래프위와 같은 방법으로 하면기울기는 0.1403이고 I=2.00A이므로자기장B는 (0.07015)T 이다.③ 전류가 3A일 때의 그래프위와 같은 방법으로 하면기울기는 0.207이고 I=3A이므로자기장B는 (0.069)T 이다.Ⅶ.결과에 대한 논의이번 실험은 전류의 세기와 도선의 길이를 변화시킴으로써 자기력을 계산하고 그래프를 통해 자기장을 알아보는 실험이다. 실험 결과를 보면 도선의 길이와 힘(자기력)은 비례관계에 있다. 이는F _{B} =ILB에서 전류I를 통제변인으로 설정한다면 이 식에서 조작변인은 전류의 세기와 도선의 길이가 되므로 일정한 자기장이 흐를 때 자기력과 도선의 길이는 비례관계라는 것을 알 수 있었다. 실험 장치를 설치 할 때 전류의 방향과 자기장의 방향을 고려해서 자기력의 방향이 중력방향으로 되는 전류 고리의 길이만을 재야 했다. 이 실험에서는 그 전류 고리의 길이는 고리의 가로 부분만 재서 합하면 되었다. 자기장의 방향은 N에서 S로 가고 전류의 방향은 +에서 ?임을 알아야한다. 그러나 실험과정에서 오차가 발생하여 일직선이 나오지는 않았는데 이 오차의 원인에는 전류의 길이를 바꿀 때 좌석장치와 부딪혀 자기장과 정확히 나란히 놓이지 않은 상황에서 실험을 진행하였고, 자기장을 방해하는 물체를 사전에 고려하지 못한 것, 자석장치와 전류 고리를 접하면서 생기는 접촉을 사전에 방지하지 못한 이유 등이 있다. 그중 가장 큰 오차의 원인은 직류 전원 공급기의 전류 값이 일정히 고정 되지 않아 측정되는 질량도 값이 수시로 변하여 임의로 일정한 시간 내에 확률적으로 많이 나오는 질량을 택하였기 때문에 생긴 오차가 있다.Ⅷ.결론이 실험을 통해서 도선의 길이가 길어질 때 일정한 자기장과 전류가 흐르면 자기력이 커진다는 것을 알게 되었고, 전류와, 도선의 길이를 증가시킬 때 마다 무게가 증가한 것을 보아 자기력의 방향이 아래쪽으로 향한다는 것을 알 수 있었다. 또한, 전체 그래프를 비교해보니 전류가 흐르는 도선의 길이가 증가하여도 자기장의 크기가 일정했다는 것을 알 수 있었다. 이는 전류가 작용하는 길이가 변하면, 그에 따라 자기장의 영역도 변하기 때문이라는 것 또한 이 실험을 통해 알게 되었다.
일반물리학실험 축전기의 충전과 방전(예비+결과)
