[공학] 실험보고서 - 헬름홀츠 코일(Helmholtz Coil) 실험

헬름홀츠 코일(Helmholtz Coil) 실험
◎ 실험목적
헬름홀츠 코일에 의해 발생되는 자기장을 조사하고 헬름홀츠 코일간의 자기장의 세기를 측정하며 코일간의 떨어진 거리와 자기장의 세기를 이해 한다.
◎ 배경이론
- 헬름홀츠 코일(독일어: Helmholtz-Spule)은 거의 균일한 자기장을 발생시키기 위한 장치이다. 독일 물리학자 헤르만 폰 헬름홀츠의 이름을 따서 명명되었다.
헬름홀츠 코일을 두 개의 동일한 원형 코일로 이루어져 있다. 두 코일은 실험 영역을 사이에 두고 중심축을 공유하며 서로 나란하게 위치해 있다. 이때 두 코일 사이의 거리 는 코일의 반경 과 같으며 각각의 코일에는 동일한 세기의 전류가 동일한 방향으로 흐른다.
헬름홀츠 코일의 전제조건인 은 코일의 중심에서 로 만든다. 즉 자기장의 불균일성을 최소화한다. (이것은 처음의 제로가 아닌 도함수가 임을 의미한다. 자세한 것은 후술), 다만 중심과 코일평면 사이의 자기장 세기에 약 7%의 차이가 남는다.
h값이 조금씩 늘어나면 중심에서와 코일평면에서의 자기장 차이가 감소되나, 그 대신 중심 근처에서의 자기장 균일성이 약화된다. 약화된 정도는 로 계산된다.
일부 기기에서, 지구 자기장을 상쇄시켜 자기장 세기를 0에 근사시키기 위해 헬름홀츠 코일을 사용하기도 한다.
-자기장은 자극이나 전류에 의해 특수한 성질이 주어지는 공간으로 자극 주위나 전류가 지나는 도선 주위에 생기는, 자기력이 작용하는 공간. 자계자장이라고 한다. 그 안에 놓은 다른 자극에 힘을 미칠 뿐만 아니라 그곳을 지나는 전류에도 힘을 미치며, 반대로 자기장 안에서 도체를 움직이면 도체 내에 기전력이 유발된다. 전류와 자기장의 이와 같은 상호작용은 전기현상과 자기현상의 밀접한 관계를 나타내는 것으로 전동기나 발전기를 비롯하여 많은 전기기기에 널리 이용된다.
◎ 실험기구
- 헬름홀츠 코일…

1. 하나의 코일에서 거리에 따른 자기장 그래프

2. 두 코일 사이의 거리가 0.5R일　때 자기장 그래프 (L〓0.5R)

3. 두 코일 사이의 거리가 R일 때 자기장 그래프 (L〓R)