서울대학교 물리학실험2 A+ 보고서 - 전류가 만드는 자기마당

소개글

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목차

1. 서론
1.1 실험 목적
1.2 배경이론

2. 본론
2.1 실험 방법
2.2 실험 결과
2.3 논의

3. 결론

본문내용

1.1 실험 목적
에른스텟에 의해 발견되기 전까지 전기와 자기는 서로 개별적인 존재로 인식되어왔다. 전류가 흐르고 있는 도선 주위에는 그 주변에는 자기장이 형성되게 되고, 이는 나침반 등의 기구의 변화를 통해 직접 확인해볼 수 있다. 즉, 전하(전류)가 자기장을 형성할 수 있다. 이후에는 비오-사바르 법칙, 앙페르의 법칙 등으로 전기와 자기 사이의 관계가 더 잘 설명되었고, 맥스웰에 의해 이 두 물리량이 완벽하게 정립되었다. 본 실험에서는 간단한 모양의 도선들(솔레노이드, 사각코일, 방사형 평면)을 이용하여 전류가 만들어내는 자기장을 실험적으로 확인하도록 한다.

1.2 배경이론
1.2.1 비오-사바르 법칙과 무한히 긴 직선도선의 자기장
전류 i가 흐르고 있는 도선을 생각하자. 이 도선 중간에 미소전류 ids가 흐르고 있고, 이 지점으로부터 r만큼 떨어진 곳에 생기는 미소자기장 dB는 거리의 제곱에 반비례하고 미소전류의 방향벡터와 r ⃗벡터가 이루는 각의 sin값에 비례하게 된다. 즉, 미소자기장 dB는 dB= μ_0/4π (ids×r)/r^3 이 되고, B=∫▒dB=∫▒〖μ_0/4π (ids×r)/r^3 〗이 된다. 일례로, 무한장 직선 도선의 자기장은 비오-사바르 법칙을 이용하여 구하면 B= (μ_0 i)/2πd로 표현된다. 즉, 무한장 직선 도선의 자기장은 오직 떨어진 거리에만 의존하게 된다.
1.2.2 앙페르 법칙
1.2.1에서 언급한 비오-사바르 법칙은 어떠한 조건에서도 자기장을 구해낼 수 있다는 강력한 장점이 있지만, vector product을 계산해야 한다는 점과 복잡한 적분을 계산해야 한다는 치명적인 단점이 있다. 이때 사용할 수 있는 도구가 앙페르 법칙이다. 맥스웰 법칙 ∇×B=μ_0 J+μ_0 ∂D/∂t에서 displacement current항을 무시한 static field만을 생각한다면 Stokes’s theorem에 의해 ∫▒〖B⋅dl=〗 μ_0 I가 된다.

참고 자료

Walker, J, Halliday, D and Resnick, R, Principles of Physics, 10th ed, Wiley, New York(2014)
D.K Cheng, Field and Wave Electromagnetics, 2nd ed, PEARSON, USA(2014)
서울대학교 물리학실험2 실험 2-6. 전류가 만드는 자기마당(2017)