일반물리학실험 | 유도기전력

TIP

 

 

시간에 따라 크기가 변하는 자기다발 속에 코일이 놓이면 기전력이 유도된다. 이 유도기전력이 자기장의 크기, 코일의 단면적 및 코일의 감긴 횟수에 따라 어떻게 변하는지를 측정하여 패러데이 유도법칙을 이해한다.

 

 

 

페러데이의 유도법칙

전류고리를 통과하는 자기장선의 수가 변할 때 이를 억제하는 방향으로 전류고리에 기전력이 유도되는 법칙이다. (엄밀히 말하면 ‘억제하는 방향으로～’ 이 말은 렌츠의 법칙이나 여기선 이를 페러데이의 유도법칙에 포함하였다.) 이를 정량적으로 설명한다면 다음과 같이 설명할 수 있다. 먼저 자기장수의 정의가 필요하므로 자기다발을 다음과 같이 정의한다.

 

 

그렇다면 페러데이 법칙은 ‘전류고리에 유도되는 기전력 의 크기는 전류고리를 통과하는 자기다발 Φ_B의 시간변화율과 같다.’ 라고 설명 할 수 있다. 따라서 이를 식으로 표현하면 다음과 같다.

 

 

만약 감은 수가 인 줄고리를 통과하는 자기다발을 변화시킨다면 전체 고리의 유도기전력은 다음과 같다.

 

 

 

실험 방법

실험 1. 내부 솔레노이드 코일의 깊이와 유도기전력

 

 

1) 함수발생기의 진동수를 100㎐로 설정한다.

2) 외부 및 내부 솔레노이드의 감은횟수, 직경, 길이를 측정한다.

3) 전압계를 내부코일에, 전류계를 외부코일에 연결하고 외부코일에 함수발생기를 설치한다.(따라서 이 실험에서는 내부솔레노이드에 유도되는 유도기전력을 측정하게 된다.)

4) 함수발생기 진동수를 100㎃에 조정한다.(전류계의 눈금을 보며 확인한다.)

5) 내부코일을 외부코일에 5㎝간격으로 넣고 전압계에 표시되는 유도기전력을 측정한다.(여기서 내부코일의 테두리에 펜으로 작은 표시를 5㎝마다 한 후 측정을 하면 빠르고 정확한 실험을 할 수 있다.)

 

 

실험 2. 솔레노이드 코일의 전류와 유도기전력

1) 전류에 따른 유도기전력이므로 내부코일을 임의로 15㎝깊이로 넣는다(아까의 표시점을 활용하면 좋음)

2) 코일의 전류를 20㎃간격으로 100㎃까지 바꾸면서 전압계에 표시되는 유도기전력을 측정한다.

 

 

실험 3. 진동수와 유도기전력

1) 전류를 100㎃로 고정한다.

2) 함수발생기의 진동수를 100㎐간격으로 500㎐까지 변화시키며 유도기전력을 측정한다.(실험3까지는 같은 내부솔레노이드를 사용해서 실험을 해서 시간을 아낀다.)

 

실험 4. 코일의 단면적과 유도기전력

1) 단면적을 제외한 나머지 통제변인(코일의 길이와 감은 횟수)이 같은 1,2,3번 솔레노이드를 준비한다.

2) 전류를 100㎃로 하고, 3개의 코일을 바꿔가며 유도된 기전력을 측정한다.(여기서도 마찬가지로 솔레노이드의 절반인 15㎝의 깊이를 유지한다.)

 

실험 5. 코일의 감긴 횟수와 유도기전력

1) 감긴 횟수만 다른 3개의 코일을 준비한다(3,4,5번)

2) 마찬가지로 전류를 100㎃로 하고, 3개의 코일을 바꿔가며 유도된 기전력을 측정한다.

 

 

 

[일반물리학실험]유도기전력 레포트