자기유도(전류천칭)
EM-08 / (EMN-07)

　

유의점

  1. 실험이 끝난 후에는 다음 시간 학생들이 사용하도록 배선을 해체하지 말기 바랍니다.

  2. 실험이 끝난 후에는 두 PS의 전원을 꼭 끄고 퇴실하기 바랍니다.


　

실험 목적

  1. 자기장속에서 전류가 흐르는 도선에 작용하는 힘을 측정하여 솔레노이드에 흐르는 자기장을 구하고 투자율(μ0)의 실험값을 구한다.

　

실험장치




회로도




전체세팅


파워서플라이
(PS1)


파워서플라이
(PS2)



전류천칭

ℓ(천칭의폭)=2.2cm


솔레노이드

N(감긴회수)=1560회/m



직류전류계



가변저항


악어클립(연결잭)

　

　d(천칭의 반쪽길이,자기장의 힘을받는)=8.85cm ,s(천칭의 반쪽길이,중력의 힘을 받는)=7.75cm

 

실험절차

  1. 회로구성의 확인

      ◈ PS1은 솔레노이드에 전원을 공급하도록 하고 가운데 전류계가 설치되어 있도록 한다. (전류계는 5A에 연결), (전원을 끈 상태에서 전압조정나사는           최대로, 전류조정나사는 최소로 조정)
      ◈ PS2는 전류천칭에 전류를 공급하도록 하고 가운데 전류계가 설치되도록 한다. (전류계는 5A에 연결), (전원은 끈 상태)

 

  1. 초기값 측정

 

 

  1. 예비조작

      ◈ PS2과 PS1의 전원을 켠 후 PS1의 전류조정나사를 조정해보아 전류가 흐를 때 전류천칭의 끝 부분이 아래/위 중 어느 방향으로 움직이는지 확인하고 끝이 위쪽으로 향하게 전류방향을 바꿔준다. PS1의 전류를 최소로 만들고 두 PS의 전원을 끈다

 

 

  1. 본 실험

      ◈ 전류천칭이 흔들리지 않도록 가만히 두고 두 PS의 전원을 켠다.
      ◈ PS2와 연결된 가변저항을 조절하여 전류천칭에 흐르는 전류가 약 2A정도(전류값이 클수록 오차가 적음) 되도록 조정하고 전류(i₁)를 기록한다.

      ◈ PS1과 연결된 가변저항을 조절하여 솔레노이드 코일에 흐르는 전류를 바꿔서 전류천칭을 기울게 하고 전류(i2  )를 기록한다.
      ◈ 전류천칭의 끝(가능하면 맨끝)부분에 종이 추를 올려놓아 전류천칭이 평형을 되도록 한다(평형인지 모호한 경우 전류가 흐르기전의 평형을이룬 위치의 높이와 전류가 흐른후 종이추로 평형을 이룬위치의 높이를 자로재본다).

      ◈ 평형이 되면 종이 추의 갯수를 세어서 종이 추의 무게를 기록한다.

 

 

  1. μ0의 계산

      ◈ 솔레노이드 자기장(B=μ0*Ni₂)과 자기장 속에서 전류가 받는 힘(F=B*i₁*ℓ)의 공식을 이용하여 솔레노이드 자기장의 세기를 유도한다.
      ◈ 중력에 의해 추가 받는 힘과 자기장에 의해 생긴 힘이 같아야 하므로 FB=FG 가 되고 양쪽의 길이가 다르므로 이 식은 F=Bi₁ℓs=(μ0Ni₂)*i₁ℓs=mgd로 고칠 수 있다.
      ◈ 이 식으로부터 μ0=(mgd/Nℓi₁i ₂s)의 관계를 알 수 있다. 단, 이때 m,g,N,ℓ,s,d는 상수로 주어지고, i₁, i₂는 측정에서 얻어진다.

 

 

  1. 재실험

      ◈ 초기값 측정, 예비조작, 본실험 μ0의계산을 2~3회 반복하여 μ0를 2~3번 구해 평균치를 구한다.

 

참고사항

  1. 실험교재에는 레이저를 사용하여 높이를 측정하도록 하고 있으나 눈 등 신체의 민감한 부분이 레이저에 노출될 우려가 있어 자를 사용하도록 대치하였음. 자를 사용함에 따른 오차는 1%이내로 줄일 수 있다.

  2. 실험결과 계산되는 μ0는 4π*(1E-7)이어야 한다. %오차를 계산하고 오차가 발생된 원인을 분석하라. 이 때 오차를 일으킨 것으로 추정되는 원인은 그로 인한 오차가 얼마나 될 것인지를 추정하여 실험장치의 구조오차와 함께 오차의 한게내에 μ0가 들어가는지 확인해보라.


　

제안 : 다음과 같이 해보세요.

HOME

Department of Physics , The University of Seoul
90 , Jeonnong-Dong , Dongdaemun-Gu , Seoul , Korea (130-743)
Tel ; +82-02-210-2298 , Fax ; +82-02-210-2298
Made by chkim