[자연과학] 공학기초물리실험 - 자기력 측정(전류천칭)

공학기초물리실험 - 자기력 측정(전류천칭)

1. 실험 목적

균일한 외부 자기장 안에 있는 도선에 전류가 흐를 때 전류도선이 받는 힘(자기력)을 측정하면서 자기력, 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기 간의 관계를 살펴보고 나아가 전동기와 발전기의 원리를 이해한다.

2. 이론

자기장 내에서 전류가 흐르는 도선은 보통 자기력이라고 불리는 힘을 받는다. 이 힘의 크기와 방향은 다음의 4 개의 변수, 즉, 전류의 크기(I), 자기장 내의 도선의 길이(L), 자기장의 세기(B), 그리고 자기장과 도선이 이루는 각(θ)에 의하여 결정된다.
. 로렌츠 법칙에 의해 F 〓 qv×B 이고, 시간 t(〓L/v) 동안 도선의 단면을 통과한 전하량 q 〓 It 〓 IL/v 이므로 F 〓 (IL/v)v×B 이고, 다음과 같이 쓸 수 있다.
F 〓 IL×B
F의 크기만을 표시하면,
F 〓 ILBSinθ
로 나타낼 수 있다.
※ 로렌츠 힘
.입자의 전하를 e, 자속밀도를 B, 속도를 v, 광속을 c라 하면, 이 힘은 e［v×B］/c가 된다. 즉 운동 전하에 대해서는 힘을 미치나, 힘의 방향은 자속과 속도 방향과 수직이므로 정자기장은 운동하는 하전…(생략)

3. 실험기구 및 장치

① 베이스 및 지지막대 ② 전류천칭 세트 (도선 지지대, 도선기판 6종 자석 2종, 요크) ③ 전원장치 (DC 30V-10A)④ 멀티테스터 (전류계; 옵션)⑤ 전자저울 (0.01g ~300g측정) ⑥ 리드선 3개

4.실험방법

① 측정하고자 하는 전류도선의 길이를 측정하여 값을 적고 도선지지대에 끼우고 스탠드에 고정한다.

② 전자저울을 켜고 자석을 저울위에 올려놓는다. 전류도선을 자석의 간극 틈에 넣되 닿지 않도록 높이를 잘 조절하여 넣고 영점버튼(Tare button)을 누른다.

③ 리드선으로 도선지지대 단자에 전원장치를 연결한다.

④ 전류의 변화에 따른 힘의 변화를 측정하기 위해 전류를 0.5A, 1A, 1.5A .... 5A 로 서서히 증가시켜 가며 힘을 측정하고 데이타를 기록한 후.(힘은 dyne 단위로 기록) 전류의 변화에 따른 자기력(Fm)의 변화 그래프를 그린다.

⑤ 도선의 길이변화에 따른 힘을 측정하기 위해 도선의 길이를 자로 측정하여 기록한 후 도선 각각의 길이에 대한 힘을 측정하고 데이타를 기록한다.

⑥ 전류도선의 각도변화에 따른 힘을 측정하기 위해 도선지지대에 원형 요크를 꼽는다.

⑦ 코일