소개글
"일반물리학실험 유도기전력"에 대한 내용입니다.
목차
1. 실험 목적
2. 실험 원리
3. 실험 기구 및 재료
4. 실험 방법
5. 측정값
6. 실험 결과
7. 결과에 대한 논의
8. 결론
9. 참고 문헌
본문내용
1. 실험 목적
자기장의 크기, 코일의 단면적, 감은 횟수에 따른 유도 기전력의 변화를 측정하여 패러데이 유도 법칙을 이해하는 것이 실험의 목적이다.
코일을 지나는 자기 다발이 시간에 따라 변화할 때 코일에 유도 기전력이 발생하며, Faraday 유도 법칙에 따라 유도 기전력은 자기 다발 변화율과 코일의 감은 횟수의 곱으로 주어진다. 교류 전류가 흐르는 솔레노이드 코일 내부에 다른 코일이 놓여 있을 때, 내부 코일의 자기 다발과 유도 기전력은 자기장의 크기, 코일의 단면적, 감은 횟수에 의해 결정된다. 따라서 자기장의 세기, 코일의 단면적, 감은 횟수를 변화시키며 유도 기전력의 변화를 측정함으로써 패러데이 유도 법칙을 이해할 수 있다.
2. 실험 원리
매우 긴 이상적인 솔레노이드 내부의 자기장 B는 흐르는 전류 i와 단위 길이당 감긴 횟수 n에 비례하며 B= μ_0 ni로 나타낸다. 여기서 μ_0는 진공에서의 투자율이며, 그 값은 4π×10^(-7) T·m/A이다.
코일을 지나는 자기 다발 Φ가 시간에 따라 변화할 때 코일에 유도 기전력이 발생한다. N을 코일의 감은 횟수라고 할 때 발생되는 유도 기전력 ε는 Faraday 유도 법칙에 따라 ε = - d(NΦ)/dt로 주어진다.
따라서, 교류 전류 i=I sin ωt가 흐르는 매우 긴 솔레노이드 내부에 또 다른 코일이 놓여 있다면 이 코일을 지나는 자기 다발 Φ_i는 자기장에 대한 식으로부터 Φ_i=BA_i=μ_0 niA_i가 되고 코일에 유도되는 기전력 ε_i는 유도 기전력에 대한 식으로부터 ε_i = -d(N_i Φ)/dt = -N_i A_i dB/dt = -μ_0 N_i A_i n I ω cos ωt이 된다. 이때 N_i는 코일의 감은 횟수, A_i는 코일의 단면적이다.
여기서 유도 기전력의 진폭을 ε_i0라고 하면 ε_i0=μ_0ωN_i A_i nI가 되므로 유도 기전력의 실효값 ε_iac는 ε_iac=μ_0ωN_i A_i nI_ac가 된다. 여기서 I_ac는 전류의 실효값이다.
전자기 유도에 의해 발생하는 기전력의 부호는 렌츠의 법칙을 통해 알 수 있다. 렌츠의 법칙은 유도 기전력의 방향이 폐회로를 통과하는 자속의 변화에 반하는 유도 자기장을 만드는 방향으로 발생한다는 것을 보여준다.
3. 실험 기구 및 재료
멀티미터 2대, 솔레노이드 코일 6개, 함수 발생...
참고 자료
부산대학교 물리학교재편찬위원회, 『일반물리학실험』, 5판; 민음사, 2019, pp 238~245
부산대학교 물리학교재편찬위원회 (2019), 일반물리학실험, 5판, 청문각
일반물리학실험 제 5판 (청문각)
