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자연과학 자료실 물리학실험 - 전류와 전류사이

[자연과학] 물리학실험 - 전류와 전류사이

물리학실험 - 전류와 전류사이

1. 실험 목적

전류가 흐르는 도선 주위에는 자기마당이 생겨나고, 자기마당내에 전류가 흐르는 닫혀진 도선을 놓으면 도선은 돌림힘(torque)을 받는다. 즉, 전류와 전류사이에는 돌림힘이 작용한다. 또, 직선도선 주위에 생기는 자기마당과 같이 자기마당이 불균일한(즉, 위치에 따라서 방향이나 크기가 변하는) 경우, 두 도선은 서로 힘을 미치기도 한다. 이 실험에서는 직류전류가 흐르는 솔레노이드의 고른 자기마당 안에 전류가 흐르는 도선을 넣고 이 도선이 받는 자기 돌림힘을 측정한다. 이 돌림힘의 방향을 확인하고, 그 크기가 자기마당과 도선에 흐르는 전류에 어떻게 의존하는지를 알아본다.

2. 실험 개요

균일한 자기마당 안에 있는 전류가 흐르는 닫혀진 도선이 자기(magnetic) 돌림힘을 받는 것을 확인한다.
도선이 받는 자기 돌림힘의 특성을 조사한다.
- 자기마당(솔레노이드를 흐르는 전류)의 방향과 크기에 어떻게 의존하는가
- 자기마당 안의 도선에 흐르는 전류에 어떻게 의존하는가

아울러서 이 실험에 사용한 전류천칭의 원리를 이해한다.

3. 배경 이론

서로 떨어진 도선에 흐르는 전류사이에 미치는 힘은 먼저 한 전류에 의해 주위 공간에 자기마당이 형성되고 이 자기마당 안에 전류가 흐르는 다른 도선이 놓이면 이 도선의 전류가 자기마당에 의해 힘을 받는 것으로 생각할 수 있다. 두 평행한 직선 도선을 흐르는 전류를 각각 와 , 도선 사이의 거리를 d 라고 하면 전류 에 의해 생긴 자기마당은 전류 가 흐르는 도선 위치에서 그 크기가
(1)
이고, 방향은 오른나사의 법칙을 따라서 [즉, 전류 ia의 방향으로 진행시키기 위해 오른나사를 돌려야 하는 방향] 아래 방향이다. 윗 식에서 는 투자율로서 진공 또는 자성이 없는 물질 안에서 로 정의된 값이다.
이 자기마당에 의해 전류 ib 가 흐르는 도선 b 의 길이 L 인 부분이 받는 힘은
(2)
이다. 그림에서 자기마당과 전류 ib의 방향이 서로 수직이므로 이 자기힘의 크기는
(3)
이고, 단위 길이의 도선이 받는 힘은
(4)
가 된다. 도선에 가해지는 힘은 측정할 수 있는 양이므로 이로부터 거리 1 m 만큼 떨어져 있는 두 도선에 같은 크기의 전류 ia 〓 ia 〓 i 가 흐를 때, 단위 길이당의 도선이 받는 힘의 크기가 2 x 10-7 N 이 되는 전류의 크기 i 를 1 A(암페어) 로 정의한다. 그러면 식(4)에서 비례상수(투자율)는
(5)

또는
1 N 〓 1 AmT (6)
이므로
(7)
가 된다.

이제 이상적인 솔레노이드의 안에서와 같이 고른 자기마당 B 속에 전류 I 가 흐르는 고리가 각도 φ 만큼 기울어져 있을 때, 이 고리는 자기마당으로부터 돌림힘을 받는다. 고리의 가로 방향과 세로 방향의 길이를 각각 a 와 b, 감은 수 N 〓 1 이라고 하면 돌림힘의 크기는
(8)
이다. 또, 이상적인 솔레노이드 안에서의 자기마당은 솔레노이드의 축과 평행하고 그 크기는
(9)
으로 여기서 n 은 단위 길이당의 감긴 수 즉, 솔레노이드의 권선밀도이다. 실제의 솔레노이드는 길이가 유한하기 때문에 솔레노이드


자료출처 : http://www.ALLReport.co.kr/search/Detail.asp?pk=14042569&sid=sanghyun7776&key=



[문서정보]

문서분량 : 6 Page
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자료제목 : 자연과학 자료실 물리학실험 - 전류와 전류사이
파일이름 : [자연과학] 물리학실험 - 전류와 전류사이.hwp
키워드 : 자연과학,물리학실험,전류와,전류사이,자료실
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