[일반물리학실험] 패러데이의 법칙

소개글

A+를 받은 레포트입니다. 실험이론과 결과및분석이 자세합니다.^^

목차

1. 실험목적
2. 실험이론
3. 실험 장치 및 기구
4. 실험방법
5. 실험결과
6. 분석 및 토의
7. 참고문헌

본문내용

1. 실험목적
- 자기선속의 시간적 변화율에 따라서 회로에 유도되는 유도기전력(Faraday 법칙)을 이해한다.
2. 실험이론
도선(혹은 코일)으로 이루어진 하나의 곡면을 지나가는 자기선속()은 다음의 식과 같이 정의되고할 수 있다.
- ①
이때 시간의 따른 자기선속의 변화는 도선(혹은 코일)에 다음 과 같은 관계식을 가지고 유도기전력을 발생시킨다.
- ②
이러한 현상을 Faraday 법칙이라고 한다. 이러한 유도기전력은 자기선속의 변화에 반대되는 방향으로 전류가 흐르도록 유도되는데 이를 Lenz 의 법칙이라고 한다. 즉, 곡면을 통과하는 자기선속의 세기가 시간에 따라 증가하면 이를 감소시키는 방향으로 유도전류가 형성되고 반대로 시간에 따라 자기선속이 감소하면 이를 증가시키는 방향으로 유도전류가 형성된다.
● Interface 장비의 전원 source와 helmholtz coil과 저항으로 구성된 R-L 회로를 구성한다. 회로 전체에 걸리는 총 임피던스는
이다. 이때 (i) 주파수 가 작으면 회로에 걸리는 총 임피던스 값은 저항의 값에 가까워지며(), (ii) 주파수 가 크면 회로에 걸리는 총 임피던스 값()은 인덕터(inductor)에 의한 임피던스 값을 고려해 주어야 한다.
(i) 주파수 가 작은 경우
회로에 걸리는 전체 저항은 inductor에 의한 임피던스 값을 무시한 회로 전체 저항 에 가까우며 전압을 인가하여 주었을 때 전류는
- ③
로 표현할 수 있다.
Helmholtz coil에 의한 자기장 는
- ④
로 주어지며 여기서 은 감긴 횟수(=320번), 은 coil의 반지름(=6.25cm), 는 진공에서의 투자율, 는 coil에 흐르는 전류로 표현할 수 있다.
그러므로 Helmholtz coil에 의한 자기장 에서 은 상수이므로 자기장 는 전류 와 동일하게 변함을 알 수 있다.
Helmholtz coil에 의한 자기장 는 식 ④에 식③을 도입한 식으로 표현할 수 있다.
- ⑤
helmholtz coil이 만드는 자기 선속은 식 ①에 식 ⑤를 대입하여 구하면,
faraday 법칙에 의하여 유도되는 기전력은 식 ②이므로 helmholtz coil이 만드는 유도기전력은 다음의 식과 같다.
이고, 미분과 적분을 반복해서 해주었으므로, 유도기전력과 전압은 phase가 90도 앞서게 된다.
(ii) 주파수 가 클 경우,
전체 임피던스 값에서 항이 무시할 수 없게 되므로, 인 R-L회로가 된다. L에 걸리는 전압은 다음과 같이 표현되며, 회로에 흐르는 전류는
이고, 전류는 전압의 시간에 따른 적분 값의 (-)를 붙여준 값이므로, 전류는 가 됨을 알 수 있다. 가 작을 때와 같은 방식으로 계산하면, 전류가 이므로 유도기전력은 가 됨을 알 수 있다.

참고 자료

- 일반 물리학 실험 / 한성철 외 7인 / 형설출판사
- 일반물리학 / 이영제 외 7인 / 형설출판사
- 일반물리학 / D.Halliday / 범한서적