실험 제목R-C직류 회로제출일2012.11.12실험자 명실험 목적직선 도선, 원형 도선 및 솔레노이드 코일에 전류가 흐를 때 도선주위의 자기장 세기를 측정하여 이론적인 자기장 분포 곡선과 일치하는가를 알아보고 암페어의 법칙 및 비오-사바르의 법칙이 성립하는가를 확인한다.기구 및 장치컴퓨터 및 인터페이스 장치파워 엠프전원 장치 (15V-7A) 코드선직선 도선, 환선 2개, 환선용 어덥터솔레노이드소형 베이스, A베이스 및 지지막대자기장센서, 홀더회전센서, 톱니막대리드선, 랩잭버니어 캘리퍼실험 결과 및 분석직선 도선 자기장 측정원형 도선 주위의 자기장 측정3 cm 환선솔레노이드 중심축에서 자기장 측정코일 상수 측정반경( R )길이(l)감은수(n=N/l)43.57mm93.2mm31.12전압(DC)=10V, 전류 I=0.08A측정측정값(중앙)측정값(코일끝)이론값(중앙)오차(%)12.221.222.283%더 생각해 볼 것(질문)질문홀센서란 무엇인가?홀센서는 자기장의 세기에 따라 전압이 변하는 소자입니다. 전류가 흐르는 도체를 철심의 중간에 끼워넣고 전류의 직각 방향으로 발생하는 자기장, 이것의 직각 방향으로 발생하는 기전압-홀효과를 이용한 소자이고 직류와 교류 모두 측정 가능하다.코일의 중앙에서 자기장 센서를 반경 방향으로 급격히 움직일 때 자기장의 변화는 어떠한가?자기장 값은 반 정도로 줄어들었다.자기장의 축방향 성분과 반경방향 성분을 비교함으로써 솔레노이드 내부의 자기장 선분의 흐름과 방향에 대해 어떤 결론을 내릴수 있는가?솔레노이드 방향은 비교적 간단하게 축방향에서 솔레노이드를 바로보았을 때 시계 방향으로 전류가 흐르면 지면을 들어가는 방향으로 자기장이 들어가게 된다.측정된 자기장 값의 이론값에 대한 오차가 존재한다면 어떠한 요인에 의해 발생하는 것일까?아래에서 자세히 기술하겠습니다.코일의 중심을 원점으로 잡고 중심으로 부터의 거리를 x라 하면 자기장 크기 B 를 x의 함수로 나타내고 그래프를 그려보라위 자료를 참고토의(1) 오차의 발생위 결과를 보면 알 수 있듯이 직선도선 주위의 자기장 측정에서 유난히 오차가 많이 나왔다. 5번의 측정을 거쳐 가장 결과가 잘 나온 것을 골랐는데도 위와 같은 오차가 나왔다. 그 이유는 일단 톱니막대를 잡아당길 때 센서가 흔들리면서 균일하게 거리를 증가 또는 감소시키기가 어렵기 때문이고, 직선도선의 중간부분에 센서를 잘 위치시키지 못한 것도 하나의 원인이라고 생각한다. 또한 도선에 자기장센서를 수직으로 밀착시키고 시작, 즉, 높낮이를 일치시키고 시작해야 되는데(그렇지 않으면 피타고라스 정리를 이용하여 정확한 거리를 측정해야 하는데 이는 번거로운 과정이다.), 높낮이가 정확히 일치하지 않아서 오차가 나왔던 것 같다. 마지막으로 전류를 정확히 5A에 맞출려고 노력하였으나 전류값이 자주 변해서 이를 맞추기가 어려웠던 것도 오차의 하나의 원인이었던 것 같다.그렇지만 이러한 것들은 원형도선이나 솔레노이드 주위 자기장실험에서도 충분히 오차의 원인이 될 법한 것들인데 유난히도 직선도선 주위 자기장 실험그래프만 오차가 많이 나왔다. 원형도선이나 솔레노이드 실험에선 적어도 거리와 자기장이 반비례한 그래프가 나왔는데, 직선도선 실험에선 그러한 형태조차 미미하다. 이것은 오른나사 법칙을 고려했을 때, 아마도 원형도선이나 솔레노이드의 자기장은 원형도선이나 솔레노이드 내부에서 직선에 가깝지만, 직선도선 주위의 자기장은 원형으로 형성되므로, 센서가 살짝살짝 흔들리면서 지나갈 때(손으로 움직이므로), 동심원 자기장의 일부 점들을 헤쳐나가게 되기 때문이라고 생각한다.원형도선 주위의 자기장 측정에선 4cm 환선보다 3cm 환선실험에서 오차가 더 많이 나왔는데 그 이유는, 우리조 실험기구를 보면 4cm 환선은 완벽하게 톱니막대에 수직으로 세울 수 있게 꼬아져 있었는데 반해 3cm 환선은 쇠가 좀 느슨해서 톱니막대 방향에 완벽하게 수직으로 세울 수가 없었기 때문이다. 환선이 수직이 안되고 조금 뉘어진 상태이므로 반지름 값이 조금 변했을 것이다.솔레노이드 주위의 자기장 측정에선 비교적 깔끔한 그래프를 얻을 수 있었는데, 오차의 원인은 코일을 처음에 감을 때 코일이 약간씩 늘어나서 같은 규격의 솔레노이드일지라도 전체 저항이 약간씩 달라질 수 있는 요소가 있기 때문이다.(2) 솔레노이드의 반경과 길이우리가 실험에 사용했던 솔레노이드는 굵기 0.27mm에 2900번을 감은 것이다. 솔레노이드 길이를 잴 때는 백라이트 부분을 빼고 정확히 코일이 감겨진 부분만을 재야하며(93.2mm), 반경을 잴 때는 코일의 두께까지도 고려한 평균값을 구해야 한다. (, :코일을 제외한 반경 :코일까지 포함한 반경)8.참고문헌* Hightop 물리 2* Hightop 개념물리*http://phylab.yonsei.ac.kr/
