전류의 세기와 거리에 따른 도선 주변 자기장 세기 변화에 대한 실험적 고찰 전류의 세기와 거리에 따른 도선 주변 자기장 세기 변화에 대한 실험적 고찰 김천고등학교 물리과제연구팀 고재찬, 권구혁, 손동현, 채종현
목차 주제 선정 동기 이론적 배경 실험 결과 결론
주제 선정 동기
이론적 배경 앙페르의 법칙 (Ampere's law) 전류가 흐르고 있는 도체 주위에는 자계가 발생하며, 자계의 방향을 오른 나사의 회전 방향으로 잡으면 전류의 방향은 그 나사의 진행 방향이 된다는 것을 설명한 법칙이다.
이론적 배경 비오 사바르(Biot-Savart) 법칙
실험 직선도선: 측정 장소에서 전류에 따른 자기장 세기 변화 측정 원형 도선: 측정 장소에서 전류에 따른 자기장 세기 변화 측정 솔레노이드: 측정 장소에서 전류에 따른 자기장 세기 변화 측정
결과 그래프 1로 나타낸 결과 거리가 증가함에 따라 자기장의 세기가 감소하는 것을 관측할 수 있었다. 또한 추세선을 그려본 결과 비례관계가 성립함을 볼 수 있었다. 직선 전류에서의 실험 결과 직선 도선에 흐르는 전류의 세기와 자기장은 비례관계에 있음을 알 수 있다.
결과 측정한 자기장의 세기를 (거리^2+r^2)^(-3/2)의 함수로 나타낸 것이 그래프 4이다. 측정한 결과가 일직선 위에 배열되는 것을 확인할 수 있었다. 원형 도선에서의 실험 결과 그래프로 나타낸 결과 그 점들을 선형으로 나타낸 평균 직선 위에 분포하는 것을 볼 수 있었다. 이를 통해 전류의 세기와 유도자기장의 세기는 비례 관계에 있다는 것을 알 수 있었다.
결과 솔레노이드에 흐르는 전류의 세기에 따른 그래프로 나타낸 결과 그 점들을 선형으로 나타낸 평균 직선 위에 분포하는 것을 볼 수 있었다. 전류의 세기와 유도자기장의 세기는 비례 관계에 있다는 것을 알 수 있었다. 솔레노이드에서의 실험 결과
결론 여러 가지 형태의 도선 주변의 자기장의 세기를 거리와 전류를 바꾸어 가며 측정하여 그 관계를 살펴보았다. 직선 도선을 이용한 실험에선 거리와 자기장의 세기, 그리고 전류의 세기와 자기장의 세기를 비교해보았다. 거리가 증가함에 비례하여 자기장의 세기가 감소하는 경향을 볼 수 있었다. 전류의 세기가 증가함에 따라선 직선 도선에 흐르는 전류의 세기와 자기장이 비례관계에 있음을 그래프를 통해서도 알 수 있었다. 원형 도선의 경우 거리가 증가함에 따라 자기장의 세기가 감소하는 경향을 띄는 것을 관측할 수 있었다. 하지만 정확히 비례하지는 않음을 볼 수 있었다. 전류의 세기와 유도 자기장의 세기는 직선 도선과 같이 비례함을 볼 수 있었다. 솔레노이드에서의 전류의 세기와 유도 자기장의 세기 서로 반비례관계에 있음을 그래프를 통하여 확인할 수 있었다.
감사합니다.