[A+] 코일의 자기장 측정 실험레포트

소개글

[A+] 코일의 자기장 측정 실험레포트에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실험목적
2. 실험원리
3. 실험방법
4. 실험결과
5. 실험결과 분석
6. 출처

본문내용

바꾸어 연결시킨다. - 전원 단자를 바꾸어 연결할 때 반드시 전류를 최소로 한 다음에 단자를 바꾼다.)
(4) 전류 대 자기장의 함수로 그래프를 그리고 기울기로부터 진공 중의 투자율을 계산한다.
- 실험 2. 코일의 간격이 일 때 z축을 따라 자기장 밀도를 측정한다.
(1) 코일을 측정용 판 위에 설치하고 연결선을 이용하여 전원장치와 연결한다. 이때 코일이 직렬로 연결되도록 한다.
(2) 수평 프로브를 양 코일의 중앙에 오도록 설치한다.
(3) 전원 장치와 가우스 메터의 스위치를 켠다.
(4) 전원 장치의 전류를 5A로 설정한 다음 프로브를 축 방향으로 이동하면서 측정 위치에 따른 가우스 메터의 측정치를 기록한다. (측정 전에 프로브의 측정치가 크게 나오는 방향을 잡기 위하여 전류의 방향을 바꾸어 가면서 자기장 밀도를 측정하여 측정치가 크게 나오는 방향으로 전류가 흐르게 하여 설치한다.)
- 실험 3. 코일 간의 위치에 따른 축 방향에 따른 자기장 밀도 측정
(1) 코일 간의 간격이 의 위치에 설치한다.
(2) 전원을 연결하고, 수평 방향 프로브를 양 코일의 중앙에 오도록 위치시킨다. 전류를 5A로 고정하고 축 방향의 위치의 함수로 자기장의 밀도를 측정한다. (이때 전류의 방향을 바꾸어 보아 큰 측정치가 나오는 방향으로 전류가 흐르도록 하여 설치한다.)
(3) 프로브의 위치를 10mm씩 이동시키면서 측정한다.
(4) 코일 간의 간격을 로 설정하고 축 방향으로의 자기장 밀도를 위와 같은 방법으로 측정한다. (실험2에서 실시한 경우에는 생략한다.)
(5) 코일 간의 간격을 로 설정하고 위와 같은 방법으로 측정한다. (이때 측정판의 크기가 한정되어 있으므로 측정폭이 크지 않음을 유의해야 한다.)
- 실험 4. 의 헬름홀츠 코일 배치에서 코일 내의 공간적인 자기장 분포를 측정한다.
① 자기장의 축 성분
② 자기장의 반경 성분
(1) 코일 간의 간격이 이 되도록 설치한다.
(2) 그림 5처럼 양 코일의 중심에서 거리 만큼 벗어난 상태에서 각각 축 방향으로의 자기장 밀도를 측정한다. (이때 전류는 5A로 고정시킨 상태에서 실시한다. 이때도 측정치가 크게 나오는 방향으로 전류가 흐르게 하여 측정한다.)
(3) 위의 배치상태에서 프로브를 수직방향 프로브로 대치한 다음 위의 과정을 되풀이하여 반경 방향의 자기장 밀도를 측정한다. 이때 원점에서 한 쪽 방향을 선택하여 측정하게 되는데 반대 방향은 대칭에 의하여 그릴 수 있다. 이때도 측정치가 크게 나오는 방향으로 하고 측정을 실시한다.
- 실험 5. 의 헬름홀츠 코일 배치에서 한쪽 코일을 쇼트시킨 상태에서 자기장의 반경 성분을 측정하고, 차례로 다른 쪽 코일을 쇼트시키고 측정한다.
(1) 한쪽 코일을 쇼트시킨 상태에서 양 코일의 중앙에서의 반경 방향의 자기장 밀도를 측정한다. 이때 코일 간격은 이다.
(2) 차례로 다른 쪽 코일을 쇼트시키고 반경방향의 자기장 밀도를 측정한다.
실험결과
1) 솔레노이드
- 0.5A
- 1.0A
- 1.5A
- 2.0A
2) 단일코일
- 1.0A
- 1.5A
- 2.0A
- 2.4A
3) 헬름홀츠 코일
- 1.0A
- 1.5A
- 2.0A
실험결과 분석
1) 솔레노이드의 위치별 자기장의 공간적 분포를 식을 통해 설명하고, 가하는 전류의 세기가 커지면 어떻게 변하는지 실험결과와 식을 통해 설명하라.
이므로 z의 값이 작을수록 의 값이 커진다. 따라서 솔레노이드의 가운데에서 자기장의 세기가 가장 크고, 솔레노이드의 중심과 멀어지면 점점 자기장의 세기도 작아진다.
실험 결과를 보면 0.5A일 때 솔레노이드 자기장의 최대값은 35.3G, 1.0A일 때 6.8G, 1.5A일 때 10.5G, 2.0A일 때 14.0G이다. 그리고 0.5A를 제외하고 1.0A, 1.5A, 2.0A의 실험 결과를 살펴보면 전류가 강할수록 자기장이 강해지는 것을 확인할 수 있었다. 솔레노이드 내부의 자기장의 세기는 (n=N/L, N=솔레노이드의 감은 수, L=솔레노이드의 길이)로 표현할 수 있고, 여기에서 의 값은 동일하고 전류의 세기만 다르므로 이론상으로도 전류의 세기가 커질수록 솔레노이드의 자기장의 세기는 커짐을 알 수 있다. 그러나 실험에서 0.5A는 예외적으로 4가지 전류 중에서 자기장의 세기가 가장 크게 나왔다.
2) 단일 헬름홀츠 코일이 직렬연결 되었을 때, 위치에 따른 자기장의 공간적 분포를 식을 통해 설명하고, 가하는 전류의 세기가 커지면 어떻게 변하는지 실험결과와 식을 통해 설명하라.
이므로 z의 값이 작을수록 의 값이 커진다. 따라서 단일 헬름홀츠 코일의 가운데에서 자기장의 세기가 가장 크고, 단일 헬름홀츠 코일의 중심과 멀어지면 점점 자기장의 세기도 작아진다.
실험 결과를 보면 1.0A일 때 단일 코일의 자기장의 최대값은 11.2G, 1.5A일 때 16.8G, 2.0A일 때 22.4G, 2.4A일 때 28.6G이다. 네 개의 실험결과를 살펴보면 전류가 강할수록 자기장이 강해지는 것을 확인할 수 있다. 단일 코일의 자기장의 세기는
로 나타낼 수 있고, 여기에서 의 값은 동일하고 전류의 세기만 다르므로 전류의 세기가 커질수록 자기장의 세기도 커짐을 알 수 있다.
3) 헬름홀츠 코일이 직렬연결 되었을 때, 두 코일의 중심사이의 거리가 a라고 하면 위치에 따른 자기장의 공간적 분포를 식을 통해 설명하고, 가하는 전류의 세기가 커지면 어떻게 변하는지 실험결과와 식을 통해 설명하라.
이므로 z의 값이 작을수록 의 값이 커진다. 따라서 두 개의 헬름홀츠 코일의 가운데에서 자기장의 세기가 가장 크고, 두 개의 헬름홀츠 코일의 중심과 멀어지면 점점 자기장의 세기도 작아진다.
실험 결과를 보면 1.0A일 때 단일 코일의 자기장의 최대값은 17.5G, 1.5A일 때 26.5G, 2.0A일 때 35.0G이다. 세 개의 실험결과를 살펴보면 전류가 강할수록 자기장이 강해지는 것을 확인할 수 있다. 헬름홀츠 코일의 자기장의 세기는
로 나타낼 수 있고, 여기에서 의 값은 동일하고 전류의 세기만 다르므로 전류의 세기가 커질수록 자기장의 세기도 커짐을 알 수 있다.
출처
일반물리학실험/건국대학교 물리학과/북스힐/1998년/213p~223p

키워드

코일,   자기장,   자기밀도세기