1. 실험 목적
원형 도선, 직선 도선, 솔레노이드 코일에 전류가 흐를 때 생성되는 자기장의 밀도를 이해하고 이론적 값과 실험값을 비교한다.
2. 실험 관련 이론
●자유공간 내에서
정자계의 기본가정
,
●자속 보존의 법칙
임의의 폐표면을 통해 밖으로 흘러나간 총 자속은 0.
●암페어의 주회 법칙
비자성체에서 임의의 폐경로를 따른 자속밀도의 순환(Circulation)은 경로에 의해 둘러싸인 표면을 통해 흘러나가는 총 전류에 을 곱한 것과 같다.
: 표면 전류밀도[A/m2], : 표면 S를 경계 짓고 있는 곡선
: S를 통과하는 총 전류,
: 자유공간에서의 투자율(permeability)
●Biot-Savart 법칙
왼쪽 그림과 같이 전류 가 흐르는 전선의 미소구간 에 의한 점 P에서의 자계의 크기는 실험적으로 밝혀졌다.
만약 전선이 오른쪽 그림과 같이 기울어지면 에 어떤 변화가 생길까
는 에 수직인 와 수평인 으로 분해되는데 오로지 만이 에 기여한다는 것이 알려져 있다. 즉,
이므로
따라서 미소 전류원 에 의하여 는 , 결국,
(Biot - Savart 법칙)
●직선 도선
[Biot-Savart 법칙]
무한히 긴 전선에 흐르는 전류에 의한 자계
을 이용하면
, , ,
[암페어의 주회 법칙]
반경 b의 원형 단면을 갖는 무한히 긴 비자성 도체에 정상전류 I가 흐르고 있을 때, 도체 외부에서의 자속밀도
C2에 의해 둘러싸인 면을 통과하는 전류 I
●원형 도선
[Biot-Savart 법칙]
전류 I가 흐르는 반경 b의 원형 루프의 축 상에 있는 임의의 점에서의 자속밀도
, ,
원통대칭이므로 성분만 존재하므로
●솔레노이드 자계
[솔레노이드(Solenoid)]
[각 권선별 자기장의 모양]
[Ideal Solenoid]
[Real Solenoid]
●솔레노이드 코일
이상적인 솔레노이드 내에서의 자속밀도
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2013.12.10
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