공학물리학실험 | 암페어 법칙(자기장 측정)

 

 

 

TIP

 

 

직선도선, 원형도선 및 솔레노이드 코일에 전류가 흐를때 도선주위의 자기장의 세기를 측정하여 이론적인 자기장 분포 곡선과 일치하는가를 알아보고 암페어의 법칙 및 비오-사바르의 법칙이 성립하는가를 확인한다.

 

 

 

실험 방법

1. 인터페이스 셋업

1) 인터페이스를 켠 다음, 컴퓨터를 켠다.

 

2) 자기장센서를 아나로그 채널A, 회전센서를 디지털 채널 1,2에 연결한다.

 

3) 데이터스튜디오 프로그램을 실행하고 아날로그 채널A는 자기장 센서를, 디지털 채널1,2 에는 회전센서를 선택한다.

 

4) 센서의 설정

① 회전센서 셋업: 아이콘을 더블클릭 → Measurement 에서는 Position(m)을 선택 → Rotary Motion Sensor 에서는 1440을 각각 선택한다.

② 자기장센서 셋업: 아이콘을 더블클릭 → Measurement 에서는 Magnetic Field Strength(100x)만 선택되도록 한다.

 

5) 그래프윈도우를 띄우고 x-축은 회전센서에 의한 직선변위(m), y-축은 자기장센서에 의한 자기장의 크기를 표시하도록 한다.

 

6) 축의 선택은 왼쪽 상단의 데이터 윈도우에서 센서를 끌어서 축에 놓으면 된다.

 

2. 직선도선 주위의 자기장 측정

1) 장치 설치: 2개의 소형베이스를 이용해 직선도선(40㎝)을 세우고 소형베이스에 +, - 전원단자를 각각 연결한다.

 

2) 홀더를 이용하여 자기장센서와 톱니막대를 연결한다.

 

3) 스탠드에 회전센서를 고정시키고 톱니막대를 회전센서에 꼽는다.

 

4) 자기장 센서가 도선 중간부분에서 도선과 수직이 되도록 높낮이를 잘 조절한 다음, 선택스위치는 반지름 방향(Radial), 100x 으로 설정한다.

 

5) 도선(중심)에 자기장센서를 수직으로 밀착 시키고 잡아 당길 때 5㎝ 정도의 거리까지 움직일 수 있도록 한다. 시작버튼을 누르고 영점(Tare)버튼을 눌러 영점조절한다. 다음, 전원장치를 켜고 전압조정 다이알을 약간 돌린 후 전류조정 다이알을 서서히 돌려서 5A 까지 올린다.

 

6) 프로그램에서 시작(Start) 버튼을 눌러 실험을 시작하고 센서가 좌우로 움직이지 않도록 조심스럽게 도선으로 부터 당긴다.

 

7) 모니터에 나타나는 그래프가 비교적 잘 나타날때까지 실험을 반복하고 데이터를 저장한다. 거리에 따른 자기장의 그래프는 암페어 법칙과 일치하는가? 도선으로부터 거리가 1㎝, 2㎝...5㎝ 일때 자기장을 스마트커서로 구하고 이론값과 비교하고 오차를 구한다.

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3. 원형도선 주위의 자기장 측정

1) 장치 설치: 소형베이스 중심에 환선용어덥터를 세우고 한쪽에는 원형도선 (R = 4㎝)을, 한쪽은 +, - 전원단자를 각각 연결한다.

 

2) 원형도선의 중심축에 센서막대 끝의 흰점(홀센서 부분)이 일치하도록 위치를 잘 잡는다.

 

3) 자기장 센서의 선택스위치는 축방향(Axial), 100x 으로 설정한다.

 

4) 시작 버튼을 누르고 자기장센서의 영점(Tare) 버튼을 눌러 영점조절한다. 전원장치를 켠 다음, 전류를 서서히 증가시켜 5A로 맞춘다.

 

5) 환선의 중심에 자기장센서를 놓고 시작 버튼을 누른다음, 반지름(4㎝) 정도만큼 움직이며 서서히 자기장을 측정한다.

 

6) 곡선이 매끄럽게 나타날때까지 실험을 반복하여 보고 R = 3㎝ 환선에 대해서도 위의 실험을 반복.

 

4. 솔레노이드 중심축에서의 자기장 측정

1) 아나로그 채널B 에 파워앰프 하나를 더 추가한다.

 

2) 파워앰프의 전원출력 설정은 DC 10V - Auto로 한다.

 

3) 랩 잭위에 솔레노이드를 올려놓고 뒷면에서 단자가 컴퓨터의 파워앰프 출력단에 연결되도록 한다.

 

4) 센서의 선택스위치는 축방향(AXIAL), 10x 으로 선택하고 센서위치가 코일 중심축 끝에 위치하도록 잘 정렬한다.

 

5) 위의 실험과 마찬가지로 자기장(B)-거리(x)를 나타내는 그래프를 띄운다.

 

6) 시작 버튼을 누르고 자기장 센서를 코일의 중앙으로 수평을 유지하며 조심스럽게 넣고 나타나는 그래프를 관찰한다. 이때, 전류값을 기록한다.

 

7) 곡선이 매끄럽게 나타날때까지 실험을 반복하고 데이타를 저장한다. 스마트 커서를 이용하여 코일 중심에서의 자기장(B_x=0)과 끝에서의 자기장(B_x=ℓ/2)을 구하고 이론치와 비교하여 본다.

 

8) 버니어캘리퍼스로 솔레노이드의 외곽 두께 및 길이를 측정하여 기록하고 측정된 값들은 계산된 이론값과 맞는가를 확인하고 오차를 계산한다.

 

 

 

[공학물리학실험]암페어 법칙(자기장 측정) 레포트