[일반물리학실험]탄젠트 검류계(Ampere의 법칙)

실험 목적

원형전류에 의한 자기장은 전류의 세기와 감은 회수에 비례함을 확인한다.

 

실험 이론 및 원리

1. 실험 배경

전기장을 계산할 때 가우스 법칙을 이용하여 쉽게 계산할 수 있었던 것처럼, 고도의 대칭성을 가진 전류분포에 대하여 자기장 또한 암페어 법칙을 써서 손쉽게 풀 수 있다.

폐쇄된 암페어의 법칙 루프(loop)를 선택하고, 닫혀진 루프에 대해 암페어 법칙을 적용한다.

원형 전류 루프인 경우 그 식은 다음과 같다.

 

실험 기구 및 장치

1. 실험 재료

탄젠트검류계, 전원공급장치, 케이블

실험 방법

1. 실험 과정

1) 파워서플라이(전원공급기)의 케이블을 연결한다. 나침반의 북극이 가르키는 방향과 코일이 감긴 원형 틀이 서로 일치 하도록 해준다.

2) 출력전압을 0으로 만들기 위해 Voltage를 조절하는 knob를 반시계 방향으로 끝까지 돌려준다.

3) 여기서 위의 knob는 돌릴 때 마다 전압의 변화가 크게 되고 그 밑의 버튼은 미세한 전압변화를 줄 때 사용한다.

4) 전류계의 눈금을 각각 변화하면서 가리킬 때의 탄젠트 검류계의 각도를 기록한다.

5) 감긴 횟수와 그에 따른 각도 변화로부터 전압과 전류를 측정하면 된다.

실험 결과

1. 실험 data

	10회	20회	40회
A	θ	θ	θ
0.2	10	19	61
0.4	22	58	74
0.6	32	60	76
0.8	47	65	77

 

토의 사항

1. 실험 고찰

실험 결과에서 보이듯이 전류가 증가함에 따라 θ의 증가함을 알 수 있다. θ의 값이 정확하게 비례하는 것은 아니지만 어느 정도 오차를 가지고 비례한다는 것을 알 수 있다. 이런 오차는 아마도 θ의 값을 읽을 때 바늘의 진동 혹은 움직임, 그리고 전류의 값을 조절할 때 정확하게 맞추지 못해서 생긴 것 같다. 또한 같은 전류에서의 θ값을 비교해 보았을 때 탄젠트 검류계의 감긴 코일의 횟수가 늘어남에 따라 θ값이 커짐을 알 수 있다. 그리고 tan90 는 무한대의 값을 가지므로 θ의 값은 90° 에 수렴은 하지만 90°는 되지 않을 것이다.