[일반물리학 및 실험2] 페러데이

소개글

[일반물리학 및 실험2] 페러데이

목차

1 . 목적
2. 이론
3. 실험 방법
4. Data
5. 분석 및 토의

본문내용

1. 목적
주파수에 따른 임피던스의 변화와 자기선속의 시간적 변화율에 따라서 회로에 유도되는 유도기전력(faraday 법칙)을 이해한다.

2. 이론
하나의 곡면(코일)을 지나가는 자기 선속은 다음의 식과 같이 정의되고,
- ①
자기선속의 변화와 유도기전력과의 관계는 다음 Faraday의 유도 법칙으로 표현되고 있다.
- ②
회로에 유도되는 유도기전력의 크기는 그 회로 loop를 지나간 자기선속의 시간적 변화율과 같다.

자기유도효과(유도전류)는 항상 그것을 발생시키는 원인에 반대하는 방향으로 나타난다. 원인은 자기장 내에서의 도체의 운동일 수도, 정지하고 있는 회로를 지나서 자기선속이 변화할 수 도 있고, 또는 경우가 함께 일어날 수도 있다. 위의 어떤 경우에서나 유도전류는 결국 운동이나 또는 자기선속의 변화에 반대하여 현재 상태를 유지/보존하려고 하고 있는 것이다.
1) 주파수 가 작은 경우
회로에 걸리는 전체 저항은 inductor에 의한 임피던스 값을 무시한 회로 전체 저항 에 가까우며 전압을 인가하여 주었을 때 전류는
- ③
로 표현할 수 있다.

Helmholtz coil에 의한 자기장 는
- ④
로 주어지며 여기서 은 감긴 횟수(=320번), 은 coil의 반지름(=6.25cm), 는 진공에서의 투자율, 는 coil에 흐르는 전류로 표현할 수 있다.
그러므로 Helmholtz coil에 의한 자기장 에서 은 상수이므로 자기장 는 전류 와 동일하게 변함을 알 수 있다.

Helmholtz coil에 의한 자기장 는 식 ④에 식③을 도입한 식으로 표현할 수 있다.
- ⑤
helmholtz coil이 만드는 자기 선속은 식 ①에 식 ⑤를 대입하여 구하면,

faraday 법칙에 의하여 유도되는 기전력은 식 ②이므로 helmholtz coil이 만드는 유도기전력은 다음의 식과 같다.

이고, 미분과 적분을 반복해서 해주었으므로, 유도기전력과 전압은 phase가 90도 앞서게 된다.

2) 주파수 가 클 경우,
전체 임피던스 값에서 항이 무시할 수 없게 되므로, 인 R-L회로가 된다.
L에 걸리는 전압은 다음과 같이 표현되며, 회로에 흐르는 전류는

이고, 전류는 전압의 시간에 따른 적분 값의 (-)를 붙여준 값이므로, 전류는 가 됨을 알 수 있다.
가 작을 때와 같은 방식으로 계산하면, 전류가 이므로 유도기전력은 가 됨을 알 수 있다.

3. 실험 방법
1) interface 전원 공급 단자 앞에 current sensor를 setup 한다.
2) current sensor를 통과한 라인이 helmholtz coil을 직렬로 통과하도록 setup한다.
3) helmholtz coil의 직경은 12.5 cm이므로 두 개의 coil의 간격이 6.25 cm가 되도록 setup 한다.
4) interface 전원 공급 단자로 공급되는 최대 전류량이 300 mA 이므로 100 옴 이상의 저항을 직렬로 회로에 연결한다.
5) 저항을 통한 라인을 다시 interface ground 단자에 연결하여 폐회로를 구성한다.

참고 자료

없음