일반물리학실험 | 자기장 변화에 의한 전자기 유도

 

 

 

TIP

 

 

1. 패러데이 법칙과 렌츠의 법칙을 이해한다.
2. 코일을 자석이 통과할때 자석을 코일이 통과할때 유도되는 기전력을 측정하고 자석과 코일의 방향에 따른 자기장의 세기와 방향을 이해한다.

 

 

 

전자기 유도

전류가 자기장을 형성한다는 사실이 알려지고 나서 자기장을 이용해 전류를 만들 수 있지 않을까 하는 의문이 자연스럽게 생겼다. 패러데이와 헨리는 각각 전선 코일 속에 자석을 넣었다 뺐다 하는 단순한 운동으로 전선 속에 전류가 흐른다는 사실을 발견하였다. 이때 기전력을 만드는 것은 코일에 대한 자석의 상대적인 운동에 의한 자기장의 변화이다.

 

자석이 도체 주위를 움직이거나 도체가 자석 주위를 움직이는 두 가지 경우 모두 전선에 기전력이 유도되며 도선에 유도전류가 흐른다. 도선에 흐르는 전류의 크기는 코일에 감긴 전선의 수와 코일을 통과하는 자기장의 시간당 변화율에 비례한다. 이처럼 전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는, 회로를 관통하는 자기력선속의 시간적 변화율에 비례하며, 이 관계를 나타낸 것을 패러데이의 법칙이라고 한다.

 

즉, 이러한 형태로 코일에 자석을 통과 시킬 때 특정 시간동안 자기선속의 변화를 측정하여 유도되는 기전력을 구하는 것이다.

 

 

또한, 렌츠의 법칙은 이러한 형태로 전류고리에 유도되는 전류는 자기 선속의 변화를 반대하는 방향을 유도되어서 흐른다는 법칙이다.

 

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실험 방법

1. 실험 내용

본 실험에서는 입력하는 전압값이 없이 순수하게 자성에 의해 생긴 자기장 때문에 생긴 유도된 기전력을 측정하는 실험이다. 그렇기 때문에 유도 기전력을 측정하는데 흐르는 전류를 측정하기 위하여 코일을 설치하여 코일에 흐르는 전류를 측정한다. 그리고 코일의 위치에 따라 다르게 유도되는 기전력을 측정한다.

 

1) 코일을 통과하는 자석

① Data studio 프로그램을 실행시키고 입력전압 없이 자석의 움직임으로 코일에 유도되는 전압만을 관찰하므로 voltage sensor 만을 코일에 연결한다.

② 코일내부에 원통을 넣어 자석이 코일을 지나가는데 어려움이 없도록 한다.

③ N극부터 떨어뜨려보고 S극부터 떨어뜨려본다.

④ 그래프의 Area탭을 선택하고 코일을 통과하기 전의 면적과 후의 면적을 비교한다.

 

2) 자석을 통과하는 코일

① setup에서 measurements 탭에서 angular position 과 angular velocity를 선택한다.

② sample rate를 100hz로 설정

③ 그래프에 voltage, angular position, angular velocity를 넣어 그래프 세 개를 만든다.

④ 본 실험도 입력전압 없이 전압센서를 연결하고 회전운동센서를 채널에 꽂고 삼각대위에 코일이 흔들릴 수 있도록 코일이 아래쪽 자석사이를 지나갈 수 있도록 회전운동센서에 매달고 코일을 흔들어 전압, 위치, 속도를 측정한다.

 

 

 

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