[물리학 실험] 3-3 자기유도(전류천칭)

목차

3-3 자기유도(전류천칭)


1. 목 적

2. 이 론
A. 자기유도
B. 플레밍의 왼손, 오른손 법칙

3. 실험 방법
A. 전류와 힘의 관계
B. 도선의 길이와 힘의 관계
C. 자기장과 힘의 관계

4. 실험 결과
A. 전류와 힘의 관계
B. 도선의 길이와 힘의 관계
C. 자기장과 힘의 관계

5. 분석 및 토의

6. 고 찰

본문내용

1차 함수의 형태로 비례하게 증가하였기 때문으로 판단할 수 있다.
③ 자기유도 B의 단위는 무엇인가?
Sol) 자기유도 B를 어떤 표면에 걸쳐서 적분한 것이며 자력선속의 단위는 t/m 이며 이를 weber라 부른다. 즉 1wb = 1Tm이다. 자기유도 B는 단위 면적당 자력선속(/A)과 같으므로, 가끔 자속 밀도라고 부른다.
6. 고 찰
이번 실험은 자기장 내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기, 즉 자기력을 구하는 실험이었다. 실험상에서 자기장의 세기(B)의 크기를 직접적으로 구할 수가 없었기 때문에 이론값을 구하지 못하였고 이에 실험상의 오차를 구할 수가 없었다.
우선 자기력은 전류의 세기(I), 도선의 길이(L), 자기장의 세기(B), 자기장과 도선의 각도(θ)에 따라서 달라진다. 하지만 여기서 우리는 자기장과 도선의 각도를 90°로 고정하여 실험에 임하였기 때문에 실험상에서 도선의 각도는 제외되었다.
실험 결과 자기력은 전류의 세기, 도선의 길이, 자기장의 세기에 관하여 1차 함수의 형태로 증가함을 알 수 있었다. 즉, 자기력과 비례하여 증가하였고, 이는 로 나타내어지는 ‘전선이 자기장안에서 받는 힘’ 공식과 일치한다는 것을 알 수 있었다.
하지만 실험상에서 전류의 흐름과 자기장의 방향에 따라서 전자저울에 나타나는 힘의 방향이 다르게 나타났다. 여기서 자기장의 방향은 자석의 방향을 의미한다. 붉은 색은 N극을 나타내며 흰색은 S극을 나타낸다. 이 때에 자기장의 방향은 N극에서 S극으로 향하게 된다. 이 때에 그림 Ⅲ-2에서 보듯이 플레밍의 왼손 법칙을 이용하여 힘의 방향을 구하여 보면 힘은 저울쪽의 방향으로 나타나기 때문에 전자저울의 크기는 증가하여야 한다. 하지만 실험 결과 전자저울의 크기는 마이너스(-) 값이 출력되었다. 이는 자기력이 중력과 같은 방향으로 작용할 때 실험상에서는 도선를 고정 시키고 실험을 하였기 때문에 자기력이 자석에 작용을 하면서 작용, 반작용 법칙에 의하여 자석을 상대적으로 땡기기 때문에 발생된 결과라고 생각할 수 있다. 역으로 자기장의 방향을 반대로 하여 보면 절대값은 동일한 플러스(+)값이 출력됨을 확인 할 수 있었다.
마지막으로 실험 결과를 보다 자세히 살펴보면 1차 함수 형태의 증가 단계에서 약간의 오차가 생김을 볼 수 있다. 이는 우선 낮은 전류를 사용하여 자기력을 측정하였기 때문에 발생되는 오차로 인식할 수 있다. 즉 낮은 전류가 흐르기 때문에 전류의 크기보다 상대적으로 많이 무거운 자석을 들어올릴 만큼의 자기력이 형성되지 않아 정확한 비율로 증가하지 못하였기 때문이다. 두 번째는 민감한 전자저울의 사용으로 인한 오차를 생각할 수 있다. 저울의 초기상태에서 영점을 정확히 맞추었다 하더라도 실험상에서 발생되는 진동 및 불안정한 저울의 측정으로 인하여 정확한 측정이 이루어지지 못했다. 이는 보다 정확한 저울과 미세한 변화까지도 측정할 수 있는 저울을 사용함으로써 오차의 범위를 줄일 수 있을 것이다.
세 번째는 전자저울을 사용시 발생되는 전기장에 의한 오차를 들 수 있다. 전자저울 내에 발생하는 전기장은 아주 미세하긴 하지만 실험이 거대한 장치를 이용한 측정이 아닌 소규모의 장치이기 때문에 작은 전류와 작은 자석(자기장)은 이러한 작은 자기장에도 민감하게 반응하였을 것으로 예상된다.
네 번째는 전압의 공급을 해 주는 공급 전압기의 미정확성을 들 수 있다.
이번 실험은 보통 자기력을 측정하는 실험에서 보이는 자석을 고정시킨 채 도선에 전류를 흘려 도선의 움직임을 관찰하는 것들이 대부분이었는데 반대로 도선을 고정시킨 채 무게 변화에 민감한 전자 저울을 이용하여 중력방향으로 자기력을 측정할 수 있다는 점이 인상 깊었다.

키워드

물리학 실험,   자기유도,   전류천칭,   자기장,   전류