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기초전자물리학실험2 실험8장 결과보고서

2014년 2학기 경북대학교 전자공학부기초전물리학실험2 실험 8 결과보고서실험제목 : 자장의 근원, 비오-사바르 법칙, 앙페르 법칙, 자장의 로렌쯔 힘, 자기 가우스 법칙, 전자의 운동(전기자기학3)실험 제 8 장 : 자장의 근원, 비오-사바르 법칙, 앙페르 법칙, 자장의 로렌쯔 힘, 자기 가우스 법칙, 전자의 운동(전기자기학4)실험자:실험 시각:실험장소:실험조건:담당교수:(1) 실험의 목표1) 자장의 근원에 대하여 설명할 수 있다.2) 비오 - 사바르 법칙을 설명할 수 있다.3) 앙페르 법칙을 설명 할 수 있다.4) 자장의 로렌쯔 힘을 측정할 수 있다.5) 솔레노이드에서의 자장을 측정할 수 있다.6) 전장과 자장 속에서의 전자의 운동을 측정할 수 있다.(2) 실험 장비 및 재료전류가변 30V 5A 직류 전원공급기 1대, 나침반 4개, 직경 30mm 원통형 자석쌍 4개, 직경 6.2mm 길이 2.4m 황동 막대기 1개, 한가운데 직경 10mm 구멍이 있는 40cm×30cm ×5mm 아크릴판 1장, 50×40×40mm 직경 15mm 구멍이 있는 나무 블록 1개, 100mm× 50mm×3mm 철편 2개, 디저털 멀티미터 2대, 길이 2m 클립 점퍼 코드 4개, 직경 10cm 62turn 솔레노이드 1개, 30mm×30mm 고무 자석 패치 2개, 길이 1.5m 자기력선 표시판 1세트, 실험 측정용 센서 인터페이스 Vernier사 LabPro 1세트, Vernier사 자장 센서 1개, 실험 분석용 소프트웨어 Vernier사 Logger Pro3, PC 1대, 덕 테이프 1개, 네임펜 1개(3) 실험 방법 및 분석실험 8 A. 자장의 근원: 외르스테트의 전류에 의한 자장 생성 실험(실험구성도)1) 전류를 증가시켜 나침반 지침의 회전각이 증가함을 확인한다.(1A 일 때) (3A 일 때)2) 전류의 방향을 바꾸고 회전방향이 반대로 됨을 확인한다.3) 황동막대기를 나침반 아래에 배치하고 회전방향이 반대로 됨을 확인한다.실험 결과 분석 : 전류가 옆과 같이 오른쪽에서 왼쪽으로 흐른다고 가정하면 엄지손가락을 위로 하여 도선을 감쌀 수 있다. 이 감싸는 방향이 자장의 방향이 되는데 나침반의 N극이 자장의 방향을 가리키게 된다. 위 실험의 경우 옆과 같이 전류가 흐르는데 나침반을 아래에 두었으므로 N극이 아래쪽(양의 방향)을 가리키게 되고 막대기 위에 두면 위쪽 방향을 가리키게 된다. 나침반을 아래에 두고 전류를 왼쪽에서 흘려주었을 경우에는 엄지를 오른쪽으로 향하게 하면 도선을 반시계 방향으로 감게 된다. 그러면 나침반이 아래에 있기 때문에 N극은 위를 향하게 된다.실험 8 B. 무한 직선 전류에서의 비오 - 사바르 법칙(실험 모습)→ 거리에 따른 자장: 자장이 거리의 역에 비례함을 알 수 있었다.B _{theta } = {mu _{0} I} over {2 pi r}와B= {A} over {r}을 비교하여mu _{0}값(실제값:0.0000012566)을 구하면3.96 TIMES 10 ^{-6}이 나온다. 값 차이가 나는 이유는 지구의 자장 값이 측정 값에 더해져서 오차가 많이 나게되었다. 지구의 자장이 없는 환경에서 한다면 실제 값에 더 가까운 값이 나올 것이다.전류에 따른 자장 : 자장 크기B가 전류 I에 비례함(B∝I)을 알 수 있었다.자장의 r 방향 성분의 r 의존성 : 거의 측정값이 0 이된다.실험 8 C. 앙페르 법칙1) 실험 B의 구성도에서 전류 I를 5A로 고정하고, 자장센서로 r=5.7cm에서의 자장 크기를 측정한다. 이때 자장센서의 방향을 극좌표의 ?방향으로 향하게 하고 ?=0도에서 45도씩 증가시키면서 ?방향 자장 크기B _{theta }를 측정한다.그래프는 θ=0에서 45도씩 증가시키면서 측정한 자장의 그래프이다. 자장의 크기가 거의 일정하다고 볼 수 있다.2) 이번 측정에는 자장센서의 방향을 90도 돌려서 r방향으로 향하게 하고 역시 Θ=0도에서 45도씩 증가시키면서 자장을 측정한다.거의 자장 측정값은 ‘0’이라고 볼 수 있다.3) 실험 결과 얻어진 값B_THETA를 r=5.7cm 원주를 따라가면서 선적분을 실시하여, 즉 원주를 곱하여 얻은 값이(B_THETA TIMES2pi r) 전류 I=5A를mu_o로 곱한 값과 일치하는지 확인한다.→ 실험결과 얻어진 값 : 0.05*2pi r= 0.0179실험 8 D. 자장의 로렌쯔 힘(실험모습)1) 무게가 증가함에 따라 로렌쯔 힘이 증가한다. 자장의 로렌쯔 힘 관계식의 힘의 방향이 일치한다. 그리고 전류의 방향을 바꾸면 저울의 무게가 감소하는 것으로 봐서 로렌쯔 힘의 방향이 바뀐다는 것을 알 수 있다.2) 로렌쯔 힘 관계식과 측정한 데이터로부터 힘이 작용하는 위치에서의 자장을 구하라. 전류방향과 자장방향이 서로 수직이라고 가정하면, 스칼라 값인 자장 크기 B=F/(I*L)로 구할 수 있다. 전류 5A 경우에 대하여 자장 크기 B를 구하라.→ I=5[A], L=0.1[m], F=7.056[N], B=14.112[T]3) 위 실험에서 얻은 데이터를 Logger Pro 3로 분석하여 전류 I와 힘 F 의 관계를 구하라→ 전류와 힘은 비례함을 알 수 있다.실험 8 E. 솔레노이드 속에서의 자장과 자기 가우스 법칙1) 위 사진과 같이 회로도를 구성한다. 솔레노이드 코일 양 단자에 전류 조절 가능한 직류 전압계를 연결하고 자장센서는 솔레노이드 축 방향으로 하여 전류 I를 0A 까지 0.4 단위로 증가시키면서 자장 크기를 측정한다.2) 측정한 자장의 크기를 솔레노이드 축 방향 자장 크기 관계식B _{axis}=mu _{0} NI/2a 으로 구한 결과와 비교 분석한다. N은 솔레노이드 권선수로 64이며 a는 솔레노이드의 반지름이다.

공학/기술| 2014.11.19| 8페이지| 1,500원| 조회(247)

전자, 물리학실험, 기초, 보고서, 기물

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