일반물리학실험 | 영구자석의 자기장

 

 

 

TIP

 

 

1. 자기장의 거리 의존성을 자기 쌍극자의 거리 의존성과 비교하시오.
2. 자석의 자기 능률을 측정하시오.

 

 

 

막대자석은 두 극을 가진다. N극과S극. 일반적으로 N극과 S극으로 표시되고, 두 극을 가지면, 우린 그러한 자석을 dipole(이중극)이라 부른다. 자석의 두 극을 쪼개면, 두 극이 분리되지 않는다. 여전히 각각의 조각은 두 극을 갖는다. 마찬가지로, 2개의 자석은 여전히 두 극을 갖는다. 자기단극(magnetic monopole)은 없다는 우리의 지식을 토대로, 이중극이 자기장의 극원으로 가장 간단한 것이다. 다시말하면, 막대자석은 북(N)과 남(S)극 두 개의 극을 가지고 있다. 이것은 두 극을 가지고 있기 때문에 그러한 자석을 쌍극(dipole)이라고 부른다. 그리고, 일반적으로 북(North)와 남(South)라고 표기된다. 자석을 두 개로 자르더라도 두 개의 독립적인 극이 생기지 않는다. 각각의 조각은 여전히 두 극을 가지고 있다.

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실험 방법

1. 실험 과정

1) 막대 자를 테이블에 놓고, 자기장 센서를 편한 위치에 고정시킨다. 깨끗한 플라스틱 막대 (센서)를 막대 자에 수직으로 놓아야 한다. 센서 안의 하얀 점이 막대 자를 따라서 거리가 증가하는 방향을 향하도록 놓아야한다. 막대 자에 센서의 위치를 주의 깊게 측정 하시오. 이것은 모든 거리 측정에 대한 원점이 될 것입니다.

 

2) 자석의 중심을 편한 방법으로 측정하고, 작은 자석을 쉽게 다루기 위해서 카드를 사이에 두고 두 개의 자석을 붙인다. 한 쪽 구석의 두 모서리에서 약 0.5㎝ 정도 떼어서 붙인 다. 자석은 카드에 붙어 있게 된다. 카드 자체는 두 개의 자석의 중심을 나타내는 표시가 된다.

 

3) Vernier 자기장 센서 LabPro에 연결하시오. 센서의 스위치를 Low에 놓으시오.

 

4) 실험 폴더에서 “영구자석 실험 파일을 열고, 메뉴에서 Save As 선택해서 분반과 조가 표시되는 파일명으로 저장하시오.(예,”영구자석00반00조“) 화면에 하나의 그래프가 나타날 것이다. 그래프의 수직축은 0에서 6mT 까지 눈금이 매겨진 자기장이다. 수평 축은 0에서 0.10m 까지 눈금이 매겨진 거리이다. 측정 창(meter window)은 자기장을 mT의 단위로 나타낸다.

 

5) 지구 자기장과 어떤 부분적인 자성의 효과를 제거하기 위해서 자석을 센서에서 멀리한 후에 센서를 영점 조절한다. 센서는 이 위치에서만 0이 될 것이다. 다음 단계에서는 센서를 움직이는 것 대신에 자석을 움직이게 될 것이다.

a. 센서에서 자석을 멀리 떨어뜨리십시오.

b. 측정 창(meter window)의 숫자가 안정되면, Zero 버튼을 누르시오.

 

6) 이제 거리의 함수로 자기장 데이터를 모을 준비가 됐다.

a. 자료를 모으기 위해서 Collect 버튼을 누르시오.

b. 카드와 자석을 자기장 센서로부터 2.0㎝ 떨어뜨려서 막대 자에 대고 놓아 자석과 막대 자가 수직이 되도록 한다. 카드에서 자기장 센서의 중심까지의 거리를 측정한다.

c. 전류 자기장 측정이 측정 창에 나타난다. 만약 필요하다면, 읽는 값이 양수가 되도록 자석을 뒤집어 놓고 센서로부터 2.0㎝ 가 되는 곳에 카드를 다시 놓는다. 만약 읽는 값이 6mT 이상이 되면 읽는 값이 6mT 이하가 되도록 거리를 증가시키시오.

d. 센서에서부터 카드의 거리를 주의 깊게 측정하시오.

e. 자기장을 기록하기 위해 Keep 버튼을 누르시오.

f. 뒤에 계산을 쉽게 하기 위해서, 컴퓨터에 거리를 m 단위로 입력하시오. 예를 들어 2㎝ 는 0.02m로 입력한다.

 

7) 다음 10개의 점을 위해서

a. 자기장 센서를 고정시키고, 자석까지의 거리를 0.25㎝ 만큼씩 증가 시키시오.

b. 자기장을 기록하기 위해서 Keep 버튼을 누르시오.

c. 컴퓨터에 거리를 m의 단위로 입력하시오.

d. 마지막 점을 입력한 후에, 자료 수집을 마치기 위해서 stop 버튼을 누르시오. 여러분이 보는 그래프는 자석으로부터의 거리와 자기장의 그래프이다. 자기장은 급격히 떨어지게 될 것이다.

 

 

 

[일반물리학실험]영구자석의 자기장 레포트