[물리실험] 전류와 전류 사이 - 로렌츠의 힘
1. 실험 목적
전류가 흐르는 도선 주위에는 자기마당이 생겨나고, 자기마당 안에 전류가 흐르는 닫혀진 도선을 놓으면 도선은 돌림힘(torque)을 받는다. 즉, 전류와 전류사이에는 돌림힘이 작용한다. 또, 직선도선 주위에 생기는 자기마당과 같이 자기마당이 불균일한(즉, 위치에 따라서 방향이나 크기가 변하는) 경우, 두 도선은 서로 힘을 미치기도 한다. 이 실험에서는 직류전류가 흐르는 솔레노이드의 고른 자기마당 안에 전류가 흐르는 도선을 넣고 이 도선이 받는 자기 돌림힘을 측정한다. 이 돌림힘의 방향을 확인하고, 그 크기가 자기마당과 도선에 흐르는 전류에 어떻게 의존하는지를 알아본려고 한다.
2. 배경 이론(원리)
서로 떨어진 도선에 흐르는 전류사이에 미치는 힘은 먼저 한 전류에 의해 주위 공간에 자기마당이 형성되고 이 자기마당 안에 전류가 흐르는 다른 도선이 놓이면 이 도선의 전류가 자기마당에 의해 힘을 받는 것으로 생각할 수 있다. 두 평행한 직선 도선을 흐르는 전류를 각각 ia와 ib, 도선 사이의 거리를 d 라고 하면 전류 ia 에 의해 생긴 자기마당은 전류 ib가 흐르는 도선 위치에서 그 크기가
B(a) = ia/(2d) (1)
이고, 방향은 오른나사의 법칙을 따라서 아래 방향이다. 윗 식에서 는 투자율로서 진공 또는 자성이 없는 물질 안에서 o = T․m/A 로 정의된 값이다.
이 자기마당에 의해 전류 ib 가 흐르는 도선 b 의 길이 L 인 부분이 받는 힘은
(2)
이다. 그림에서 자기마당과 전류 ib의 방향이 서로 수직이므로 이 자기힘의 크기는
Fba = ibLB = 0 iaibL/(2d) (3)
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2014.05.23
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