[자연과학][물리실험보고서] 직선도선, 원형도선의 자기장

[물리실험보고서] 직선도선, 원형도선의 자기장

1. 실험 목적

-도선(원형도선, 직선도선)에 전류가 흐를 때 생성되는 자기장을 이해하고 이론적 값과 실험값을 비교한다.

2. 기본 이론

1) 암페어의 법칙

- 전류가 흐르고 있는 도체 주위에는 자계가 발생하며, 자계의 방향을 오른 나사의 회전 방향으로 잡으 면 전류의 방향은 그 나사의 진행 방향이 된다는 것을 설명한 법칙이다.
`암페어의 법칙 그림`

2) 직선도선에서의 자기장

- 직선도선에 전류 I가 흐를 때 그 도선 주위에 생기는 자기장을 B라고 하면 암페어 법
칙에 의해 ∮Bdl = I이고 따라서 도선으로부터 거리 r 되는 지점의 자기장은 다음과 같이 주어진다.
B(r) = I/(2πr)
여기서 는 진공 중에서 투자율이고 = 4π10e-7(Tm/A)이다.

3) 원형도선에서의 자기장

- 반경R의 원형도선에 전류 I가 흐를 때, 중심축위의 임의의 점 P에서 자기장의 세기 B는 비오-사바르 의 법칙에 의해 다음과 같이 구할 수 있다.
도선 요소 dl에 의한 벡터 dB는 비오-사바르의 법칙에 의해
dB = I/(4πr) [dl x r/(r³)] 이고 벡터 dl과 r은 수직이므로
dB = Idlsin90˚/(4πr²) = Idl/(4πr²) 이다.
벡터 dB는 벡터 dBx와 dBy성분으로 나눌 수 있고 dBy성분은 대칭성으로부터 환선 전체에 대해 합하 면 0이 될 것이다, 그러므로 x축 방향의 자기장 성분만 고려하면
B = ∫dBx = ∫dBsinθ
그러므로 이 식에 위의 식 dB를 대입하고 sinθ = R/r을 대입하면 원형도선 중심…

3. 실험 기구

4. 실험 방법

1) 직선도선에서의 자기장

① 직선도선을 설치하고 전원 공급기와 연결한다.(이때 전원은 off)

② 접선 방향 probe를 테슬라메타에 연결하고 이동 트랙에 장착한다.

③ probe가 도선에 중앙에 수직하게 닿을 만큼 트랙을 이동 시키고 영점을 잡는다.

④ probe 앞부분에 부착되어 있는 센서가 직선도선에 수평이 되도록 한다.

⑤ 테슬라메타의 전원을 키고 최소단위(20mT)에 맞추고 영점을 잡는다.

⑥ 이제 전원 공급기의 전원을 켜고 전류를 3A로 맞춘다.

⑦ probe를 이동시키고 거리변화에 따른 자기장 변화 값을 기록한다.

⑧ 각 위치에서 2회 측정하고 평균값을 기록한다.

⑨ 식(1)로부터 얻어진 이론적인 자기장 값과 실험값을 그래프로 비교한다.

2) 원형도선에서의 자기장

① 원형 코일을 설치하고 전원 공급기와 연결한다.(이때 전원은 off)

② 축 방향 probe를 테슬라메타에 연결하고 이동 트랙에 장착한다.

③ sensor가 도선에 중앙에 오게 한다.

④ 테슬라메타의 전원을 키고 최소단위(20mT)에 맞추고 영점을 잡는다.

⑤ 이제 전원 공급기의 전원을 켜고 전류를 3A로 맞춘다.

⑥ probe를 이동시키고 거리변화에 따른 자기장 변화 값을 기록한다.

⑦ 각 위치에서 2회 측정하고 평균값을 기록한다.

⑧ 거리변화에 따른 자기장 변화를 그래프로 관찰한다.

⑨ 원형도선 중심에서 측정된 자기장을 식 (3)에서 계산된 자기장과 비교하라.

5. 실험결과

1) 직선도선(V = 0.04cm,I = 3.03A, r = 0.5cm)

2) 원형도선(V = 0.04cm,I = 3.03A,r = 4cm)

6. 토의

7. 참고 문헌