코일의 자기장 측정 예비결과레포트

목차

1. 실험목표
2. 실험이론
3. 실험기구 및 장치
4. 실험 내용
5. 실험 방법
6. 장비 설명
7. 실험결과
8. 고찰 및 결론
9. 참고문헌

본문내용

1. 실험 목표
- 자기장의 공간적 분포를 수식으로 이해할 수 있다.
- 솔레노이드, 헬름홀츠 코일에서 자기장의 분포를 이해하여 거리에 따른 그래프를 그릴 수 있다.
- 헬름홀츠 코일의 중앙에서 자기장의 세기가 일정하게 유지되는 이유를 알 수 있다.

2. 실험 이론
1) 비오 – 사바의 법칙
비오 – 사바의 법칙은 전류가 만들어내는 자기장의 세기를 거리에 따라서 나타내줄 수 있는 법칙이다. 이 법칙에 의해서 미소길이의 전류가 dl일 때 dl이 만들어내는 r만큼 떨어진 곳에서의 자기장의 세기 dH를 나타낼 수 있다.

위 식을 적절히 적분하면 자기장의 세기 H를 구할 수 있다.

위의 비오 – 사바의 법칙을 적절히 방향성분을 고려해주면 원형 고리의 축을 따라 자기장 밀도를 구할 수 있다.

위 그림에서 R방향의 성분은 적분을 하게 되면 합이 0이 되기 때문에 z방향의 성분만 고려하면 된다.

z방향의 성분을 고려하여 나타내면 자기장의 세기는 다음과 같다.

위의 모든 식에 대하여
B = 자속밀도[T, G], H = 자기장 세기[Oe, A/m],

2) 솔레노이드의 자기장
이상적인 솔레노이드의 내부에서의 자기장은 일정하고 외부의 자기장은 0이다. 이때 솔레노이드 내부의 자기장의 세기를 식으로 나타내면 다음과 같다.

위 식에 대하여 n = N/L (코일이 감긴 밀도), I = 코일의 전류

3) 단일 코일의 자기장
단일 코일의 자기장의 경우 앞서구한 비오 – 사바의 법칙을 따른다. 이때 단일코일의 감긴 수에 따라 N을 곱해준다. 따라서 식은 다음과 같다.

4) 이중 코일(헬름홀츠 코일)의 자기장

코일이 a만큼 떨어져 있고 두 코일의 중심을 원점으로 생각하여 두 개의 직렬 연결된 코일이 에 있다고 가정했을 때 중심축 x에서의 자기장은 다음과 같다.

참고 자료

건국대학교 물리학과, 2018, 일반물리학 실험, 북스힐