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패러데이의 전자기이끔 법칙실험 연구
1.introduction
역사적으로는 전기와 자기 현상은 독립적으로 연구되어 왔고 서로 다른 근원을 갖는 것으로 간주되었다. 그러나 1831년 패러데이에 의해서 전자기 이끔법칙이 밝혀졌다
즉, 코일 근처로 자석을 가져올 때 코일에 전류가 흐르는 것을 발견한 것이다. 결국 전기마당과 자기마당은 서로 형태를 바꿀 수 있고, 우리가 전기 현상, 자기 현상이라고 부르던 현상들은 전자기 현상이라고 할 수 있는 더 넓은 부류의 자연현상에 속해 있다는 것을 알게 된 셈이다
이 실험에서는 간단한 실험을 통하여 전자기이끎 현상의 존재를 실감하고 또, 직류 전동기를 벨트로 연결하여 돌림으로서, 자기마당 안에서 코일이 회전할 때 생기는 전위차를 조사하여 전자기이끎 현상을 정량적으로 이해한다.
2.(1)배경이론
교류 발전기에서는 영구 자석에 의한 자기마당 안에서 도체로 된 고리를 돌려서(이끌리는 기전력을 이용한다. 즉, 고리의 단면에 수직한 선이 자기마당과 각도 θ를 이루고 일정한 각속도 ω 로 돌고 있을 때 시간 t에 이끌린 기전력은이고 고리가 에서의 고리의 방향각 θ 는 ε-dΦ/dt lhbωsinωt 이다
고리의 면적이 a, 감긴 수가 n 인 줄토리의 경우 이끌린 기전력은 ε nabωsinωt 로 나타난다.
직류 전동기를 반대로 직류 발전기로 사용하는 경우전동기를 돌렸을 때 발생하는 출력 전압
vout vo cosωt(0 ≤ t 〈 t/8) vo sinωt(t/8 ≤ t 〈 3t/8)-vo cosωt (3t/8≤t〈5t/8)-vosinωt(5t/8 ≤ t 〈 7t/8) vo cosωt (7t/8 ≤ t 〈 t)이며 평균 전압은 2√2/π vo 으로, 최대 전압 vo 의 약 0.9 배, 최소 전압은 1/√2 ≒ 0.71 배가 된다.
(2)실험 준비물
솔레노이드,막대자석, 직류 전압계, 전동기, 벨트, 전원 장치
저항 상자, 악어 집게가 달린 전선, 오실로스코프
(3) 실험 방법
1) 솔레노이드에 막대자석을 움직이면서 전압계로 전압이 발생하는 것을 확인한다.
2) 전동기를 전원 장치에 연결하고 구동시킬 때 전압에 따른 전류를 0 ~ 9 v 범위에서 측정 한다.
3) 벨트(고무 o-ring)로 두 전동기의 회전축을 연결하고 함께 돌리면서 다른 전동기에서 발생하는 전압 vout을 전류 iin 과 함께 측정한다.테스터의 전압계로 측정한다.
4) 따라서 도는 전동기에 저항 상자를 전압계와 함께 병렬로 연결하고 저항 값에 따른 출력 전력과 입력 전력의 변화를 조사한다.
3.date&result
(1)솔레노이드에 발생하는 전류 확인
▷ 솔레노이드 속으로 자석의 n 극을 집어넣자 ()전압이 발생했다. 그러다가 집어넣는 운동을 정지하자 전압이 떨어지고 더 이상 전압은 발생하지 않았다
그리고 다시 n극을 빼자 (-)전압이 발생했다. 물론 이 때는 어느정도 거리가 멀어지거나, 자석이 정지하면 전압이 발생하지 않았다
(이하 생략)
