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공학기초물리실험 - 암페어 법칙(자기장측정)
1. 실험 목적
직선도선, 원형도선 및 솔레노이드 코일에 전류가 흐를때 도선주위의 자기장의 세기를 측정하여 이론적인 자기장 분포 곡선과 일치하는가를 알아보고 암페어의 법칙 및 비오-사바르의 법칙이 성립하는가를 확인한다.
2. 이 론
(1) 직선도선 직선도선에 전류 I 가 흐를때 도선 주위에 생기는 자기장 B 는 암페어 법칙에 의해
∮B.dℓ 〓 μoI, B(2πr) 〓 μoI
그러므로 도선으로부터 거리 r 되는 지점의 자기장은
B(r) 〓 μoI / 2πr -(1)
여기서, μ0 〓 4π×10-7 (teslameter)/amp 이며 진공중의 투자율(permeability) 이라한다.
(2) 원형도선
반경 R 의 원형도선에 전류 i 가 흐를 때, 중심축 상의 임의의 점 P 에서 자기장의 세기 B를 계산해 보자. 도선요소 dℓ에 의한 벡터 dB 는 비오-사바르의 법칙에 의해
-(2)
벡터 dℓ과 r 은 수직이므로
이다. 벡터 dB 는 dBx 와 dBy 로 성분으로 나눌 수 있고 dBy 성분은 대칭성으로 부터 환선
전체에 대해 합하면 0 이 될 것이다. 그러므로 x축 방향의 자기장 성분만 고려하면,
B 〓∫dBx 〓∫dB sinθ
그러므로 이 식에 위의 식 dB 를 대입하고 sinθ〓R/r 을 대입하면
-(3)
원형도선의 중심과 반지름 만큼의 거리에서 자기장은 다음과 같다.
(3) 솔레노이드
매우 긴 솔레노이드(Solenoid) 내부에서의 자기장은 암페어 법칙에 의해
B 〓 μ0nI -(4)
으로 주어진다. 여기서, μ0는 투자율, I는 전류, n 은 솔레노이드의 단위길이 당 도선의 감은 횟수(tur…(생략)
① 컴퓨터 및 인터페이스 장치② 파워앰프(Power Amplifier) ③ 전원장치(15V-7A), 코드선
④ 직선도선, 환선 2개, 환선용 어덥터
⑤ 솔레노이드⑥ 소형베이스(2개), A베이스 및 지지막대 ⑦ 자기장센서, 홀더⑧ 회전센서, 톱니막대 ⑨ 리드선 3개, 랩잭⑩ 버니어 캘리퍼
4.실험방법
① 인터페이스를 켠 다음, 컴퓨터를 켠다.
② 자기장센서를 아나로그 채널A, 회전센서를 디지탈채널 1,2에 연결한다.
③ 데이타스튜디오 프로그램을 실행하고 아나로그 채널A 는 자기장 센서를, 디지탈 채널1,2 에는 회전센서를 선택한다.
④ 센서의 설정
① 2개의 소형베이스를 이용해 직선도선(40cm)을 세우고 소형베이스에 +, - 전원단자를 각각 연결한다.
② 홀더를 이용하여 자기장센서와 톱니막대를 연결한다.
③ 스탠드에 회전센서를 고정시키고 톱니막대를 회전센서에 꼽는다.
④ 자기장 센서가 도선 중간부분에서 도선과 수직이 되도록 높낮이를 잘 조절한 다음, 선택스위치는 반지름 방향(Radial), 100x 으로 설정한다.
⑤ 도선(중심)에 자기장센서를 수직으로 밀착시키고 잡아당길 때 5 cm
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