부산대학교 일반물리학실험(2015) 실험보고서 - 유도 기전력

소개글

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목차

1. 실험목적

2. 실험 원리

3. 실험 기구 및 재료

4. 실험 방법
(1) 실험 1 – 내부 솔레노이드 코일의 깊이와 유도 기전력
(2) 실험 2 – 솔레노이드 코일의 전류와 유도 기전력
(3) 실험 3 - 진동수와 유도 기전력
(4) 실험 4 – 코일의 단면적과 유도 기전력
(5) 실험 5 – 코일의 감은 횟수와 유도 기전력

5. 측정값
(1) 실험 1 – 내부 솔레노이드 코일의 깊이와 유도 기전력
(2) 실험 2 – 솔레노이드 코일의 전류와 유도 기전력
(3) 실험 3 - 진동수와 유도 기전력
(4) 실험 4 – 코일의 단면적과 유도 기전력
(5) 실험 5 – 코일의 감은 횟수와 유도 기전력

6. 실험 결과
(1) 실험 1 – 내부 솔레노이드 코일의 깊이와 유도 기전력
(2) 실험 2 – 솔레노이드 코일의 전류와 유도 기전력
(3) 실험 3 - 진동수와 유도 기전력
(4) 실험 4 – 코일의 단면적과 유도 기전력
(5) 실험 5 – 코일의 감은 횟수와 유도 기전력

7. 결과에 대한 논의

8. 결론

본문내용

실험 목적
시간에 따라 크기가 변하는 자기 다발 속에 코일이 놓이면 기전력이 유도된다. 이 유도 기전력이 자기장의 크기, 코일의 단면적 및 코일의 감은 횟수에 따라 어떻게 변하는지를 측정하여 패러데이 유도 법칙을 이해한다.

실험 원리
매우 긴 이상적인 솔레노이드 내부의 자기장 B는 흐르는 전류 i와 단위 길이당 감긴 횟수 n에 비례하며
B=μ_0 ni
로 나타낸다. 여기서 μ_0은 진공에서의 투자 상수이며 그 값은 4π×10^(-7) (T∙m)⁄A이다.
코일을 지나는 자기 다발 Φ가 시간에 따라 변화할 때 코일에 유도 기전력이 발생한다. N을 코일의 감은 횟수라고 할 때 발생되는 유도 기전력 E는 Faraday 유도 법칙에 따라
E=-(d(NΦ))/dt
로 주어진다.
따라서, 교류 전류 i=I sin⁡ωt가 흐르는 매우 긴 솔레노이드 내부에 또 다른 코일이 놓여 있다면 이 코일을 지나는 자기 다발 Φ_i는 위의 식으로부터 Φ_i=BA_i=μ_0 niA_i가 되고 코일에 유도되는 기전력 E_i는 위의 식으로부터
E_i=-d(N_i Φ)/dt=-N_i A_i dB/dt=-μ_0 ωN_i A_i nI cos⁡ωt
이 된다. 이때 N_i는 코일의 감은 횟수, A_i는 코일의 단면적이다. 여기서 유도 기전력의 진폭을 E_i0라고 하면
E_i0=μ_0 ωN_i A_i nI_ac
가 된다. 여기서 I_ac는 전류의 실효값이다.

실험 기구 및 재료
멀티미터 2대, 솔레노이드 코일 5개, 함수 발생기, 자

실험 방법
실험 1 – 내부 솔레노이드 코일의 깊이와 유도 기전력
① 함수 발생기의 진동수를 100 Hz에 맞춘다.
② 외부 솔레노이드 코일의 직경과 길이를 측정한다.
③ 내부 코일 하나를 선택하여 코일의 직경, 코일의 길이를 측정한다.
④ 그림 27-1과 같이 장치를 연결한다(아직 내부 코일을 외부 솔레노이드 코일에 넣지 말라).
⑤ 함수 발생기의 진폭을 조정하여 외부 솔레노이드 코일의 전류(실효값)를 100 mA에 맞춘다.

참고 자료

일반 물리학 실험 (청문각)