[실험 레포트 보 고서] 3.자기력 측정(예비+결과)

1. 실험목적 : 균일한 외부 자기장 내에서 도선에 전류가 흐를 때 도선이 받는 힘을 측정하여 그 힘이 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기와의 관계에 대해 살펴보고 전동기와 발전기의 원리를 이해한다.

2. 이론

전류는 운동전하의 집합이다. 외부 자기장 B 내에서 길이 L 의 도선을 따라 전류 i 가 흐를 때 금속 도선속의 전류 I 는 전도전자에 의하여 운반되는데, 이러한 전도전자들에 작용하는 힘은 로렌츠 법칙
F = q v x B
에 의해 주어진다. 주어진 시간 t (=L/vd) 동안 도선의 단면을 통과하는 전하량은 Q = It = IL/vd (vd: 전자의 유동속도) 이므로 FB = QvdBsinθ = (IL/vd)vdBsin90° 이 되고, 도선이 받는 힘은 FB = ILB 이다.
그러므로 전류의 크기를 I, 도선의 길이를 L, 자기장의 세기를 B, 자기장과 도선 사이의 각을 θ라 하면 자기장내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기와 방향은 벡터외적에 의해 다음과 같이 표현된다.
FB = I L × B

3. 실험장치 : 베이스 및 지지막대, 도선 지지대, 도선기판 6종, 자석 2종, 요크, 전원장치, 멀티테스터, 전자저울(0.01g ~ 300g측정), 리드선 3개

4. 실험방법

1) 실험장치를 구성하고, 측정하고자 하는 전류도선의 길이를 측정한 후, 도선지지대에 끼우고 스탠드에 고정한다.

2) 전자저울을 켜고 자석을 저울 위에 올려놓는다. 그 후 전류도선을 자석의 간극 틈에 넣되 닿지 않도록 높이를 잘 조절하여 넣고 영점조절을 한다.

3) 리드선으로 도선 지지대 단자에 전원장치를 연결한다.

4) 전류의 변화에 따른 힘의 변화를 측정하기 위해 전류를 0.5A, 1A, 1.5A...5A로 서서히 증가시켜가며 힘을 측정, 데이터를 기록한다.

5) 도선의 길이변화에 따른 힘을 측정하기 위해 도선의 길이를 변화시키며 힘을 측정한다.

자…(생략)

6) 전류도선의 각도변화에 따른 힘을 측정하기 위해 도선 지지대에 원형 요크를 꼽은 후, 영점조절을 한다.

7) 코일선을 자기장의 방향에 평행하도록 회전손잡이를 돌려 각도를 0°에 맞춘다. 전원장치를 켜고 전류를 서서히 증가시켜 1A가 되도록 조정한 후 저울에 측정된 값을 기록한다.

8) 다이얼의 각도를 5°씩 증가시키면서 90°가 될 때까지 측정하고, 그 다음에는 5°씩 감소시켜가며 -90°까지 측정한다.

5. 실험결과

6. 결과분석(비례관계만을 따지는 것이므로 질량을 힘이라고