스크랩 투자율 측정 실험

[실에이티]

주의사항

   1. 실험이 끝난 후 반드시 파워 서플라이의 전원을 꺼주시길 바랍니다.

   2. 파워서플라이와 연결된 가변저항에서 열이 많이 나게 됩니다. 그리고 가변저항에서 나는 고열로 인해 타는 듯한 냄새가 날 수 있습니다. 그러므로 파워서플라이의 전원스위치를 누른뒤 최대한 빨리 실험을 끝내주시길 바랍니다. 그리고 측정을 하고 나서는 반드시 전원스위치를 꺼주시길 바랍니다.

   3. 다른 학생들도 실험을 해야 하므로 실험이 끝나고 나서 뒷정리를 깨끗하게 해놓고 나가시길 부탁드립니다.

1. 실험목적

  자기장속에서 전류가 흐르는 도선에 작용하는 힘을 측정하여 솔레노이드에 흐르는 자기장을 구하고 투자율(μ₀)의 실험값을 구한다.

2. 원리

  

전류가 흐르는 솔레노이드는 자기장을 발생한다. 솔레노이드에서 발생한 자기장내에 전류가 흐르는 도선이 존재하면 도선은 식(1)과 같은 힘을 받는다.

  B는 자기장의 크기이며, ℓ은 도선의 길이, I₂는 도선에 흐르는 전류의 세기이다.

  그리고 솔레노이드 내부에서 생기는 자기장 B의 세기는

  여기에서 n은 솔레노이드의 단위길이당 감긴 코일의 수이고, i₂ 는 이 솔레노이드에 흐르는 전류의 세기이다. 솔레노이드 내부에서의 자기유도 B의 크기는 균일하며, 솔레노이드의 중심축에 평행하게 형성된다.μ₀ = 4π × 10^-7Wb/Amp·meter로 주어지지만 실제로는 공기 중의 투자율과 거의 동일한 값을 가지고 있다.

  중력에 의해 추가 받는 토크와 자기장에 의해 생긴 토크가 같아야 하므로 mgr₁ =Fr₂ 가 되고 이 식은

  로 쓸 수 있다.

3. 실험장치

	파워서플라이(PS1)입니다.
	파워서플라이(PS2)입니다.
	전류계입니다.
	솔레노이드입니다.
	가변저항입니다.
	전류천칭입니다.
	버니어캘리퍼스입니다
	각종케이블입니다.
	종이추입니다.한 개당 질량은 0.0215g±0.0005g 입니다.

4. 실험절차

	먼저 파워서플라이(PS1)에 케이블을 연결해 줍니다.
	옆의 사진과 같이 연결해 줍니다.
	옆의 사진과 같이 파워서플라이(PS2)의 +단자와 전류계를 연결해 줍니다. 그리고 가변저항과도 연결해 줍니다.
	솔레노이드에 위에서 나온 선들과 연결해 줍니다. 이때 번호대로 연결해 주세요.
	옆의 사진처럼 r2와 r1의 길이를 버니어캘리퍼스를 이용하여 측정합니다.
	전류천칭의 폭 l입니다. 이것도 역시 측정합니다.
	실제로 솔레노이드에 케이블을 연결한 모습입니다. 그리고 전류천칭도 장착한 모습입니다.
	이제 전류천칭끝에 달려있는 나사를 돌려줍니다. 이때 전류천칭이 솔레노이드에 대해 평행이 될 때까지 돌려줍니다. 이때 수평맞추기가 쉽지가 않습니다. 그러므로 조심스럽게 돌려서 수평을 맞추어 줍니다.
	전류천칭이 솔레노이드 내부에서 수평이 맞추어진 모습입니다.
	이제 여기에 실험테이블 위에 있는 종이추를 올려 놓습니다. 이 종이추의 질량은 나중에 말하겠습니다. 일단 종이추를 올려놓게 되면 전류천칭은 아래로 기울어 지게 됩니다.
	이제 파워서플라이 PS1과 PS2의 전원스위치를 켭니다.
	이제 PS2의 가변저항과 전압조정 버튼을 조정해서 PS2에 연결된 전류계에 2A가 나타나도록 조정합니다.
	현재까지의 실험상황을 정리해보면 전류천칭위에는 종이추가 올려져있고 파워서플라이 PS2에는 2A의 전류가 나오도록 세팅되어 있습니다. 이제 파워서플라이 PS1의 전압과 전류, 그리고 가변저항을 적당히 조절하여 종이추에 의해 밑으로 내려갔던 전류천칭을 수평이 되도록 해줍니다.   이때의 전류를 측정합니다.

 5. 측정할 것

 

m : 0.0215g±0.0005g (종이추 1개당 질량) , g : 9.8m/s , n : 1560회/m

l :                        , r₁ :                           , r₂ :                                  

* 일단 파워서플라이의 전원스위치를 켜게 되면 최대한 빨리 데이터를 측정하세요. 가변저항이 과열 될 수 있습니다.

* 처음 1회차 실험에서 i₂(PS2)는 2A로 하시고 2회차실험부터 4회차 실험까지는 전류를 다르게 하여 측정하고 이에 따른 I₁(PS1)도 측정하시면 됩니다. 또한 종이추의 질량도 다르게 변화시켜 보세요.

6. 고찰사항

  1. 이번실험에서도 오차가 발생할 것으로 예상할 수 있다. 그 원인은 무엇이라고 생각하는가?

  2. 이번 실험과 관계깊은 물리적 현상또는 실생활에서의 예는 어떠한 것이 있는가?