소개글
"서울대학교 물리학 실험 전자기 유도 A"에 대한 내용입니다.
목차
1. 서론
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 배경이론
1.2.1. 페러데이의 전자기 유도법칙
1.2.2. 교류 발전기 원리
1.2.3. 직류 발전기 원리
2. 실험 방법
2.1. 코일의 회전 각속도 변화에 따른 유도 기전력 변화 측정
2.2. 자기장의 변화에 따른 유도 기전력 변화 측정
2.3. 직류, 교류 전류 여부에 따른 유도 기전력 변화 측정
3. 실험 결과 및 분석
3.1. 코일의 길이 및 자석의 크기 측정
3.2. 코일의 회전 각속도에 따른 유도 기전력
3.3. 자기장의 크기와 유도 기전력 비교
3.4. 직류, 교류 여부에 따른 유도 기전력 변화
4. 실험 결론 및 토론
5. 참고 문헌
본문내용
1. 서론
1.1. 실험 목적
본 실험의 목적은 자기장 속에서 회전하는 전동기에 의해 발생하는 유도 기전력을 오실로스코프를 이용해 측정하고, 자석의 종류와 전원장치로 전동기에 공급하는 전압을 바꾸면서 유도 기전력에 어떤 영향을 주는지 확인하는 것이다.
1.2. 실험 배경이론
1.2.1. 페러데이의 전자기 유도법칙
페러데이의 전자기 유도법칙이란 시간에 따라 코일이나 회로의 자기선속이 변하게 되면, 유도 기전력이 회로에 발생하는 현상을 설명한 것이다. 이 법칙에 따르면, 자속의 시간에 따른 변화를 방해하는 방향으로 유도 기전력이 발생하게 된다. 코일을 N번 감고, 코일의 자기선속을 라고 하면, 회로에 유도되는 유도 기전력 V는 와 같다. 이때 유도 기전력의 방향은 렌츠의 법칙에 따라, 자속의 변화를 방해하는 방향으로 발생하게 된다. 이러한 유도 기전력은 코일이나 회로에 존재하던 기존의 기전력과는 다른 개념이다.
1.2.2. 교류 발전기 원리
교류 발전기 원리는 다음과 같다.
일정한 자기장 속에서 코일이 회전하면 코일을 지나는 자기선속이 변하면서 유도 기전력이 발생한다. 코일의 면적을 A, 코일에 감긴 수를 N, 자기장의 세기를 B, 코일의 회전 각속도를 ω라고 할 때, 코일에 유도되는 교류 기전력 ε은 ε = -NdΦ/dt = -NABωsinωt 와 같다. 여기서 Φ는 코일을 지나는 자기선속이다.
코일이 일정한 방향으로 회전하면 코일이 자기장과 이루는 각 θ가 계속 변하므로, θ = ωt라고 할 수 있다. 이때 유도 기전력은 sin 함수 형태로 시간에 따라 변화하는 교류 기전력이 된다.
따라서 자기장 속에서 회전하는 코일에서는 전자기 유도 현상에 의해 시간에 따라 변화하는 교류 기전력이 발생하게 된다. 이러한 원리를 이용하여 교류 발전기를 구현할 수 있다.
1.2.3. 직류 발전기 원리
직류 발전기는 교류 발전기에 정류자(commutator)를 추가하여 시간에 따라 전류의 방향이 변하지 않게 한다. 정류자는 금속이 절연체의 양쪽에 붙어있어 코일이 반 바퀴 회전할 때마다 전류의 방향을 바꿔주어 전류 흐름이 한 방향으로 유지되게 한다.
직류 발전기에서 유도전류는 사인파의 절댓값 형태인 으로 나타나게 된다. 코일이 회전하면서 자기장 속을 통과할 때 유도 기전력이 생기는데, 정류자에 의해 전류의 방향이 일정하게 유지되어 직류가 발생하게 되는 것이다.
직류 발전기는 전압의 극성이 일정하고 시간에 따라 변하지 않는 특징을 가지고 있어, 전자기기나 조명 등에 전력을 공급하는 데 유용하다. 정류자의 구조와 작동 원리에 따라 다양한 종류의 직류 발전기가 개발되어 사용되고 있다.
2. 실험 방법
2.1. 코일의 회전 각속도 변화에 따른 유도 기전력 변화 측정
이 실험에서는 코일을 회전시켜 자기장 속에서 코일의 회전 각속도를 변화시키면서 유도 기전력의 변화를 측정한다. 실험에 사용된 페러데이 실험 장치에는 ...
참고 자료
David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker, Fundamentals of Physics Extended, 10th ed., Wiley, 2013, pp.864-869.
Raymond A.Serway, John W.Jewett,Jr., Principles of Physics: A CALCULUS-BASED TEXT, 5th ed., Cengage, 2013, pp.781-785, 790, 791.
Raymond A.Serway, Chris Vuille, 일반물리학 교재편찬위원회 역, 일반물리학 (College Physics), 9th ed., Cengage, 2013, pp.498-501.
Raymond A.Serway, John W.Jewett, Physics for Scientists and Enigeers with modern physics 9th ed. Cengage, 742p
