암페어의 법칙
* 실험목표
원형도선, 직선도선, 솔레노이드 코일에 전류가 흐를 때 생기는 자기장을 이해하고 이론값, 실험값을 비교한다.
* 실험 원리
⑴ 홀 센서의 원리
홀 센서의 동작은 반도체(홀소자)의 전극에 전류를 흐르게 한 후, 수직 방향으로 자기장을 인가하면 전류의방향과 자기장 방향에 수직하게 전위가 발생한다. 이를 홀 전압(VH)라고 한다.
( K : 비례상수, Ic : 홀 센서에 인가하는 전류, Bext : 외부 자속 밀도 )
⑵ 직선도선에서의 자기장
직선도선에 전류(I)가 흐를 때 도선 주위에 생기는 자기장(B)는 암페어 법칙에 의해 ,
로 주어진다.
⑶ 원형도선에서의 자기장
반경()의 원형도선에 전류(I)가 흐를 때, 중식 축의 임의의 점(P)에서 자기장세기(B)를 구해보자.
벡터(dl)과 R은 수직이고, 벡터(dB)는 z-축 방향의 자기장 성분만 고려된다.
그림 2. 직선도선에석의 자기장
그림 1. Hall 기전력의 발생 개념도
따라서 원형도선의 중심과 반지름만큼의 거리에서 자기장은 , 이다.
그림 3. 원형도선에서의 자기장
그림 1. Hall 기전력의 발생 개념도
⑷ 솔레노이드 코일에서의 자기장
매우 긴 솔레노이드 내부에서의 자기장은 암페어 법칙에 의해 로 주어진다. 이 식처럼 자기장의 세기는 코일의 반경이나 코일 내부의 위치에 무관하다. 하지만 실제로는 솔레노이드의 길이는 유한하고 내부의 자기장도 불균일하므로 보정해 주어야 한다.
그림 4. 솔레노이드 코일
그림 5. 솔레노이드 코일의 유도자기장
그림 6. 솔레노이드 코일의 절단면
임의의 점 x=0에서의 자기장 세기는 이다. 이 때, 솔레노이드 길이(l), 중심을 원점으로 잡으면 중심(x=0, a=b=1/2)과 끝점(x=1/2)에서 자기장의 세기는 , 가 된다.
* 실험 기구
① 직선도선, 링도선(小,大)
② 솔레노이드
③ 시료 케리어(2개)
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2012.02.29
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