실험보고서 - 로렌츠 힘의 측정
실험보고서 - 로렌츠 힘의 측정
실험제목 :
로렌츠의 법칙
실험목적 :
균일한 외부 자기장에 놓여있는 도선에 전류가 흐를 때 전류도선이 받는 힘을 측정하여 자기력, 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기와의 관계를 살펴보고 전동기와 발전기의 원리를 이해한다.
실험원리 :
전류는 운동전하의 집합이다. 외부 자기장 B에 직교하여 놓인 전류 i가 흐르는 길이 L의 도선이 있다고 하자. 금속도선 속의 전류 i는 단위시간당 전하의 흐름이다. 자기장 B에서 v의 속도로 운동하는 전하 q에 작용하는 힘은 로렌츠 법칙에 의해 F=qv ×B로 주어진다. 길이 L을 시간 t동안 도선의 단면을 통과하는 전하량은 q=it=i L/v_d 이므로 자기력은 F_B =〖qv〗_d B sin=(i L/v_d )v_d sin〖90°〗 이 되고 도선이 받는 힘은 F_B=iLB 이다. 이떄 전류의 크기를 i, 도선의 길이를 L, 자기장의 세기를 B, 자기장과 도선사이의 각을 라고 하면 자기장내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기와 방향은 벡터 외적에 의해 다음과 같이 표시된다.
F_B=iL ×B
우리는 본 실험 장치로부터 세지 변수 즉 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기 등을 바꾸어 가며 전류도선이 받는 힘을 측정할 수 있다. 이로부터 자기력과 변수들의 관계식을 세울 수 있고 플레밍의 왼손법칙에 의한 자기력 작용을 이해할 수 있다.
이와 같은 자기력의 대표적인 응용은 전기모터이다. 모터를 회전시키는 힘은 위의 식과 같이 자기장내에서 도선에 전류가 흐를 때 생기는 힘 즉, 자기력이다.
실험준비물 :
베이스 및 지지막대, 로렌츠 힘 측정세트(도선 지지대, 도선기판 6종, 자석2종, 요크), 리드선 3개, 전원장치, 멀티테스터,, 전자저울
실험방법 :
봉을 가운데 홀에 삽입하여 고정한다. 단, 도선지지대를 먼저 끼운 후 조립한다.
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로렌츠의 법칙
실험목적 :
균일한 외부 자기장에 놓여있는 도선에 전류가 흐를 때 전류도선이 받는 힘을 측정하여 자기력, 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기와의 관계를 살펴보고 전동기와 발전기의 원리를 이해한다.
실험원리 :
전류는 운동전하의 집합이다. 외부 자기장 B에 직교하여 놓인 전류 i가 흐르는 길이 L의 도선이 있다고 하자. 금속도선 속의 전류 i는 단위시간당 전하의 흐름이다. 자기장 B에서 v의 속도로 운동하는 전하 q에 작용하는 힘은 로렌츠 법칙에 의해 F=qv ×B로 주어진다. 길이 L을 시간 t동안 도선의 단면을 통과하는 전하량은 q=it=i L/v_d 이므로 자기력은 F_B =〖qv〗_d B sin=(i L/v_d )v_d sin〖90°〗 이 되고 도선이 받는 힘은 F_B=iLB 이다. 이떄 전류의 크기를 i, 도선의 길이를 L, 자기장의 세기를 B, 자기장과 도선사이의 각을 라고 하면 자기장내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기와 방향은 벡터 외적에 의해 다음과 같이 표시된다.
F_B=iL ×B
우리는 본 실험 장치로부터 세지 변수 즉 전류, 도선의 길이, 자기장의 세기 등을 바꾸어 가며 전류도선이 받는 힘을 측정할 수 있다. 이로부터 자기력과 변수들의 관계식을 세울 수 있고 플레밍의 왼손법칙에 의한 자기력 작용을 이해할 수 있다.
이와 같은 자기력의 대표적인 응용은 전기모터이다. 모터를 회전시키는 힘은 위의 식과 같이 자기장내에서 도선에 전류가 흐를 때 생기는 힘 즉, 자기력이다.
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