일반물리학실험 | 헬름홀츠(Helmholtz) 코일

 

 

 

TIP

 

 

1. 헬름홀츠 코일에 의해 발생되는 자기장을 조사한다.
2. 헬름홀츠 코일간의 자기장의 세기를 측정한다.
3. 코일간의 떨어진 거리와 자기장의 세기를 이해한다.

 

 

 

헬름홀츠 코일은 각각 같은 반지름 R을 가지는 한 쌍의 코일이다. 두 코일은 보통 거리 L만큼 떨어져서 같은 축 상에 서로 평행하게 놓인다. 두 코일의 중간 지점에서 축을 따라 놓인 자기장은 다음과 같이 주어진다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) Pasco 550 universal interface를 컴퓨터에 연결하고, Pasco 550 universal interface와 컴퓨터를 켜라.

 

2) 바탕화면에서 Pasco Capstone을 실행하라.

 

3) Capstone의 왼쪽 상단의 장치 도구에서 Hardware Setup icon을 클릭하여 하드웨어 설정 창을 열라. 하드웨어 설정 창 안의 Pasco 550 universal interface 그림의 디지털채널과 아날로그 채널 A를 클릭하여 각각 회전운동 센서(Rotary Motion Sensor)와 자기장 센서(Magnetic Field Sensor)를 선택하라.

 

4) Signal Generator를 열어 Waveform을 DC로 DC Voltage를 5V로 선택하라.

 

5) 그래프 팔레트에서 Graph를 클릭하여 열고 x축의 Select Measurement를 위치(Position)로 y축의 Select Measurement를 자기장 강도(Magnetic Field Strength)로 각각 선택하라.

 

6) Pasco 550 universal interface의 디지털 채널과 아날로그 채널 A에 회전운동 센서와 자기장센서를 연결하라.

 

7) 다음 그림과 같이 자기장 센서를 설정하라. 우선 자기장 센서의 측정방향을 Axial 방향으로 놓고 측정범위를 100X로 놓는다. 측정 전에 자기장 센서를 자석에서 가장 멀리 위치한 후 Tare 스위치를 눌러서 자기장을 0으로 설정하라.

 

 

8) 하나의 헬름홀츠 코일과 Pasco 550 universal interface를 연결하라. Signal Generator의 붉은색 단자에 연결 된 바나나 플러그 패치 코드를 첫 번째 코일의 양극과 검은색 단자에 연결 된 바나나 플러그 패치 코드를 코일이 음극에 연결하라.

 

9) 다음의 순서대로 나머지 장치들을 설치를 하라.

① 지지막대에 회전운동 센서를 설치를 하라.

② 금속 레일이 헬름홀츠 코일의 중심을 통과하도록 레일의 양쪽 끝에 지지대와 회전운동 센서를 이용하여 지지하라.

③ 금속 레일 안에 자기장 센서를 놓고 자기장 센서를 실로 묶어 회전운동 센서에 연결하라.

 

10) 기록 버튼(Record)을 클릭하여 측정을 시작한 후 자기장 센서에 연결 된 실을 천천히 잡아 당겨 거리에 따른 자기장의 크기를 측정하고 그래프를 저장하라. 코일의 중심에서 멀어지는 방향으로 측정하라.

 

11) 다음 그림과 같이 헬름홀츠 코일과 Pasco 550 universal interface를 연결하라. Signal Generator의 붉은색 단자에 연결 된 바나나 플러그 패치 코드를 첫 번째 코일의 양극에 연결하라. 첫 번째 코일의 음극과 두 번째 코일의 양극을 연결하라. Signal Generator의 검은색 단자에 연결 된 바나나 플러그 패치 코드를 두 번째 코일의 음극에 연결하라.

 

 

12) 두 코일의 거리를 0.5R (코일 반지름의 절반; L=0.5R)으로 놓고 고정하라.

 

13) 기록 버튼(Record)을 누른 다음 자기장 센서에 연결 된 실을 천천히 잡아당겨 거리에 따른 자기장의 크기를 측정하고 그래프를 저장하라.

 

14) 두 코일 사이의 거리를 R (L=R)로 바꾸고 거리에 따른 자기장의 크기를 측정하고 그래프를 저장하라.

 

15) 두 코일 사이의 거리를 2R (L=2R)로 바꾸고 거리에 따른 자기장의 크기를 측정하고 그래프를 저장하라.

 

16) 두 코일 사이의 거리가 2R로 놓고, 두 코일에서 전류가 반대로 흐르게 한 다음 자기장의 크기를 측정하고 그래프를 저장하라.

 

 

 

[일반물리학실험]헬름홀츠(Helmholtz) 코일 레포트