[물리학실험 레포트 보고서] 실험 예비 - 코일 속의 자기장

실험 06. 코일 속의 자기장
실험 목표
코일중심에서 자기장센서를 이용해 자기장을 측정한다.
자기장과 코일의 감긴 횟수의 관계를 찾는다.
자기장과 코일 내 흐르는 전류의 관계를 찾는다.
실험실내 지구자기장을 측정한다.
실험 기구
기본 설정: 컴퓨터, LabPro(인터페이스), LoggerPro(프로그램)
센 서: 자기장 센서
기타 기구: 원통형 파이프, 도선
실험 원리
도선에 전류가 흐를 때 도선 주위에는 자기장이 형성된다. 자기장의 크기와 방향은 도선 모양과 도선의 흐르는 전류의 세기와 방향에 따라 달라진다. 이 실험은 코일의 감긴 횟수에 따른 자기장의 변화를 측정하는 실험이다. 자기장센서를 코일중심에 놓아 자기장의 변화를 알아본다. 코일에 흐르는 전류와 코일 중심에서의 자기장의 관계는 전류의세기가 커지면 커질수록 자기장의 세기도 증가한다. 코일의 감은 횟수와 자기장의 관계는 코일의 감은 수가 아닌 단위당 감은 수에 비례한다. 즉, 감은 밀도에 따라 주어진다.
실험 방법
`과정1`
이번 실험의 첫 번째 단계는 코일중심에서의 자기장과 코일…(생략)

1. 도선을 연결하였을 때 3A의 전류가 흐르도록 전원을 연결한다.

2. 자기장센서를 수직으로 놓아서 센서가 코일의 중심에 놓이게 한다. 도선이 연결된 상태에서 센서를 수직축 주위로 회전시킨다. Meter Window의 그래프 상에 나타나는 자기장을 읽는다. 자기장이 최대인 지점을 찾는다. 자기장센서의 맨 끝이 코일의 평면 내에 있게 한다. 센서가 실험하는 동안 계속 같은 위치에 놓이게 한다.

3. 전류가 흐르지 않을 때는 자기장이 “0”이 되어야 한다. 즉 지구자기장과 주변 자기장에 의한 효과를 제거해야한다. 스위치를 연 상태에서 zero 아이콘을 선택한다.

4. 데이터 수집하기 위해 Collect 버튼을 누른다. 수초동안 기다린 후 측정이 끝날 때까지 도선을 연결한다.

5. 자기장 대 시간 그래프를 조사하고 도선에 전류가 흘렀을 때를 결정한다. 마우스를 드래그하여 그래프에서 전류가 흐르는 영역을 선택한다. Statistics 버튼을 클릭하여 전류가 흐르는 동안 평균 자기장을 결정한다. 평균 자기장과 코일에 흐르는 전류를 데이터 표에 기록한다.

6.잠시 도선을 연결하고 전류를 0.5A만큼 줄인 후, 4번과 5번 실험을 반복한다.

7. 최소 전류 0.5A 까지 단계 6을 반복한다.

8. 전류가 흐르지 않을 때 자기장세기는 “0”이므로 지구자기장과 주위에 의한 효과를 제거하기 위해서 도선을 연결하지 않은 상태에서 Zero아이콘을 선택해 “0”으로 만든다.

9. 도선을 연결했을 때 전류가 3A가 되도록 전원장치를 연결하고 Collect 아이콘을 선택한다. 몇 초 후에 도선을 연결한 상태에서 10초 동안 데이터를 모은다.

10. 자기장과 시간 그래프를 보고 도선에 흐르는 전류를 확인한다. 그래프의 한곳을 선택에서 마우스 커서를 이용해 끌어당기고, Statisitc버튼을 클릭하여 전류에 대한 평균자기장을 계산한다. 감은 코일의 수와 평균자기장과의 관계를 표에 기록한다.

11. 감은 수를 점점 줄여가면서 9~10단계 실험을 계속한다. 전류를 3A을 유지하도록 하고, 센서와 틀이 움직이지 않도록 주의해야한다.

설치 및 예비질문

1. 자기장센서를 LabPro에 연결하고 센서 스위치를 High로 놓는다.

2. 도선을 그림처럼 원형 틀이나 사각 틀에 10번 감아서 코일형태로 만든다.

3. 그림1처럼 코일, 전원장치, 전류계 등을 연결한다.

4. [일반물리실험] 폴더에 있는 [0