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물리학 실험 - 지구 자기장 측정
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지구 자기장 측정
1. 목적
전류가 흐르는 도선 주위에 발생하는 자기장을 이용하여 지구 자기장의 수평성분의 세기를 측정한다.
2. 장치 및 기구
3. 이론
그림 [1]과 같이 전류가 흐르는 도선의 아주 작은 일부분인 미소 도선에 의해 발생하는 미소 자기장은 다음과 같이 비오-사바르의 법칙으로 표현된다.
즉, 도선의 미소 길이 벡터 에 전류 가 흐를 대 이 전류에 의하여 이 및 길이의 위치로부터 벡터 떨어진 곳의 생성되는 자기장의 크기는
이다. 여기서 는 공기의 지화율로 값은 =이다. 자기장의 방향은 두 벡터 과 이 만드는 평면에 수직한 방향(그림에서 지면에서 나오는 방향)이다. 각도 는 두 벡터 과 의 사잇각이다.
전체 도선에 의한 자기장은 위의 미소 도선을 모두 더한 결과이므로 이를 극한으로 나타내면 다음과 같은 적분식이 된다.
[그림 2]와 같이 원형 도선에 전류가 흐를 때 중심에서의 자기장의 세기를 알아보자.
그림의 미소 도선에 의한 중심에서의 자기장의 세기는 임을 쉽게 알 수 있고 이를 원형 도선에 대해 더하면 방향은 모두 지면을 나오는 방향이므로 크기만 생각하면
이 된다.
만약 원형 도선이 회 감겨있다면 전류가 배가 되므로 구하는 자기장은 다음과 같다.
지구 자기장 와 고리에 의한 자기장 가 서로 수직으로 걸려있는 경우 나침반은 두 값의 벡터 합 방향으로 편향되어 다음 [그림 3]과 같이 된다.
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2014.09.26
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