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대학물리학실험 - 코일의 자기장 실험 평가C아쉬워요

1. 실험 목적전류가 흐르는 도선 코일이 만드는 자기장을 측정함으로써 암페어 법칙을 확인한다.2. 실험 이론전류가 흐르는 도선의 주위에는 자기장이 생기는데, 이 자기장과 전류 사이의 관계를 표현하는 식이 앙페르의 법칙(암페어의 법칙)이다. 자기장을 생성하는 전류를i라고 하고, 이 전류로 인해 생성된 자기장 벡터를B라고 할 때, 전류가 흐르는 도선을 내부에 포함하는 임의의 닫힌 경로를 잡고 이 닫힌 경로를 따라서 자기장을 선적분하면 그 값은 전류i에 비례하며, 그 비례상수는 국제단위계에서 진공의 투자율mu _{0} =4 pi TIMES 10 ^{-7} T TIMES M/A로 주어진다. 임의의 닫힌 경로를C라고 하고 앙페르의 법칙을 수식으로 나타내면 다음과 같다.oint _{C} ^{} {B}?dl= mu _{0} i 앙페르의 법칙을 적용하기 위해 채택하는 닫힌 경로C를 앙페르 고리라고 한다. 앙페르 고리에 대한 경로 적분의 방향은 오른나사 법칙에 따른다. 그림 5와 같이 전류의 방향을 오른손 엄지로 가리킨 상태에서 나머지 네 손가락으로 도선을 감아쥘 때 네 손가락이 가리키는 방향이 경로 적분의 방향이다.그림 5 오른나사 법칙을 이용한 전류와 자기장의 방향헬름홀츠코일(헬름홀쯔 코일)이란 두 개의 동축 코일을 그 반경만큼 서로 떨어뜨려 위치시킴으로써 그 사이의 자기장을 거의 일정하게 만든 것을 말한다.자석주위로 힘을 내는 공간이 존재하는데 그 크기는 거리 제곱에 반비례한다. 이 공간을 자속밀도(자기장)라 하며, 공간 한 지점에서 자속밀도의 크기를 나타내는 국제단위(SI)가 테슬라이다. 기호는 T를 사용하며 자속의 단위인 웨버(Wb), 거리의 단위인 미터(m)로 Wb/m²로 정의된다. 테슬라는 MKS 단위인데 작은 단위계인 CGS단위로는 가우스(G)를 사용하며 1T = 10,000G 의 관계를 갖는다.코일의 자기장 실험의 2. 실험에 관련된 이론의 식 (1)B(x)= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2(x ^{2} +R ^{2} ) ^{{3} over {2}}}에서x=0을 대입하면B(x=0)= {mu _{0} N`I`R ^{2}} over {2(0+R ^{2} ) ^{{3} over {2}}} = {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2R ^{3}} = {mu _{0} N`I} over {2R}이고 이는 식 (2)와 같다.식 (1)에서B(x)= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2(x ^{2} +R ^{2} ) ^{{3} over {2}}}에x= {R} over {2}을 대입하면B(x= {R} over {2} )= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[( {R} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} = {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2( {5} over {4} R ^{2} ) ^{{3} over {2}}} = {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2( {sqrt {5}} over {2} ) ^{3} TIMES R ^{3}} = {4mu _{0} N`I} over {5 sqrt {5} R} 이고 이는 식 (3)과 같다.식 (4)B(x)= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(x- {d} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} + {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(x+ {d} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}}에서 헬름홀쯔 코일은 두 개의 코일을 반지름R의 간격으로 배치한 것이므로d=R이다. 가운데 지점에서의 좌표x=0을 대입하면B(x=0)= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(0- {R} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} + {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(0+ {R} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} = {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2( {5} over {4} R ^{2} ) ^{{3} over {2}}} + {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2( {5} over {4} R ^{2} ) ^{{3} over {2}}} =2 TIMES {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2( {sqrt {5}} over {2} ) ^{3} TIMES R ^{3}} = {8 mu _{0} N`I} over {5 sqrt {5} R} 이고 이는 식 (5)와 같다.3. 생각해보기그렇다. 두 코일의 간격을 반지름과 같게 두면 이는 헬름홀쯔 코일과 같아진다. 식 (4)B(x)= {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(x- {d} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} + {mu _{0} N`IR ^{2}} over {2[(x+ {d} over {2} ) ^{2} +R ^{2} ] ^{{3} over {2}}} 에서d=R이면 헬름홀쯔 코일과 같고, 두 코일 사이로 제한하므로- {R} over {2}

자연과학| 2018.12.06| 6페이지| 2,000원| 조회(239)

자기장, 물리실험, 전류, 암페어 법칙, 도선 코일

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