전류와 자기장, Lenz의 법칙

소개글

전류와 자기장, Lenz의 법칙에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 측정값 및 계산

2. 토의
- 질문에 대한 토의
- 실험과정 및 결과에 대한 토의(그래프 첨부)

본문내용

가락이 자기장의 방향이다.
질문 2) 영점보정을 할 때 자기 센서의 축을 동서 방향으로 정려하는 이유는 무엇인가?
- 자기장의 방향과 수직이 되도록 하여 어떤 힘도 받지 않은 조건에서 0점 보정을 하 기 위해서 이다. 이는 쉽게 확인 할 수 있는데, 오른손법칙에서 검지와 중지가 수직일 때 엄지는 최대의 힘을 받게 된다.
질문 3) 위의 그라프에서 이론값의 직선은 실험데이터와 얼마나 잘 일치하는가? 자기장이 전 류에 정비례함을 확인하였는가?
- 오차가 10% 안팎으로 비교적 큰 오차를 가지고 있으나 대략적으로 일치한다. 실험 2a의 전류 대 계산값의 그래프를 보면 직선의 형태를 취하고 있으므로 정비례함을 알 수 있다.
질문 4)자기장이 원형도선 중앙의 값에서 5%이하로 감소하는 거리는 대략 얼마인가?
- 측정값: 0.05 * 20 = 1로 약 25cm 지점이다.
계산값:
로 약 26.5cm 이다.
질문 5) 위의 그림들이 Lenz의 법칙과 일치하는지 설명하여라.
- Lenz의 법칙은 다음과 같다.
① N극을 코일에 접근시키면 coil을 지나는 자기력선 증가.
② 자기력선의 증가를 방해하는 방향으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른 다. N극을 코일에서 멀리하면 coil을 지나는 자기력선 감소
③ 자기력선의 감소를 방해하는 방향으로 자기력선이 생기도록 유도전류가 흐른 다.
그러므로 위의 그림들은 Lenz의 법칙을 잘 만족하고 있다.
2. 실험과정 및 결과에 대한 토의(그래프 첨부)
이번 실험은 원형도선의 자기장, 자기장과 전류와의 관계, 자기장과 거리와의 관계를 알아볼 수 있는 실험이었다. 또한, 유도기전력도 함께 알아볼 수 있는 실험이었다. 원형도선의 자기장을 보면,
자기장 B가 나가는 방향으로 나침반의 N극이 향하게 된다.
전류와 자기장은 수직일 때, 최대의 힘을 받게 된다.
즉, 전류가 흐르면 자기장이 생성되는데, N극이 가리키는 방향이 자기장 방향임을 다시 한 번 알아볼 수 있었다. 그리고 전류와 자기장이 수직일 때, 최대의 힘을 받게 된다는 것은 우리가 오른손 법칙을 보면 쉽게 확인할 수 있는 내용이다. 검지(전류), 중지(자기장), 엄지(힘)가 된다. 검지와 중지를 쭉 뻗어 90°가 되었을　때 엄지가 향하는 방향으로 최대의 힘을 얻게 된다는 것을 다시 확인하게 되었다.
자기장과 전류의 관계를 자기장과 거리와의 관계를 엑셀로 그려진 그래프를 가지고 설명하겠다.
먼저, 자기장과 전류의 관계에서 측정값과 계산값이 있는데, 약간의 오차가 있지만, 전류가 증가함에 따라 자기장도 증가함을 볼 수 있다. 이는
B = (μ : 투자율, N : 감긴 수, I : 전류, R : 반지름)
식에 따라 나타난 것이다.
즉, R은 고정되고, 전류는 점차 증가시키므로 B도 I값에 따라 커지게 된다. 즉, 정비례함을 알 수 있다.
두 번째로, 자기장과 거리와의 관계에서도 측정값과 계산값이 있다. 두 값에 약간의 오차가 있지만, 그래프는 같은 형태를 보이고 있다. 이는
B = (μ : 투자율, N : 감긴 수, I : 전류, R : 반지름)
의 식에 따라 나타는 것이다.
즉, I는 1.8A로 고정시켰고, Z의 값(거리)만 증가시켰다. 그러므로 거리로 인해 자기장과 거리가 반비례 관계가 성립하게 된 것이다.
마지막으로 이 실험을 통해 중요한 법칙 하나를 발견하게 되었다. 바로 ‘렌츠의 법칙’이다.
개념은 “유도기전력은 전류를 발생시키는데, 이 전류는 상태의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다.”라는 것이다. 이 개념에 유도기전력이라고 나오는데, 유도기전력은 ε로 표현하고, 시간의 함수인 코일 양단 사이의 전압을 나타내다. 자석운동의 형태에 의존하다. S극을 코일을 향하여 갑자기 밀 때 양(+)기전력이 발생하고, 급히 잡아당길 때는 음(-)의 기전력이 생성되는데, N극을 코일에 가까이 가져갈 때 유도되는 기전력은 S극이 운동하는 경우와 반대가 된다. 결과적으로 유도기전력은 B자체 때문이 아니라 코일을 통과하는 B의 변화율에 의존하는 것이다. 즉, 유도기전력의 개념을 이용해 렌츠의 법칙이 나오게 되었는데 여태까지 말한 것은 앞에서 그림으로 그린 실험3의 ‘N극을 멀리 이동, S극을 멀리 이동’할 때의 그림에 들어맞고 있다. 그러므로 N극, S극을 멀리 이동할 때 유도기전력의 방향은 서로 반대로 작용하게 됨을 볼 수 있다. 첨부한 그래프를 봐도 자석을 때었을 때 반대로 작용하는 것을 볼 수 있다.
이번 실험을 통해 전류와 자기장, 렌츠의 법칙을 확실히 이해할 수 있게 되었다.

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