[물리실험]-유도기전력 실험-
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안녕하세요? 제가 학교에서 물리를 듣는데 이번실험이 유도기전력에 관한 시험인데요..봐도 도저히 이해가 안되네요..밑에꺼 한번 봐주세요..그리고 실험에 대한 결과를 좀 알려주세요..내공50겁니다..
목적 : 긴 1차의 솔레노이드 코일에 다양한 크기의 전류와 주파수로 자기장을 형성시킨 후 1차 코일 내로 삽입되는 2차 코일 양단에서의 유도기전력에 대하여 1차 코일의 전류와 주파수 및 2차 코일의 감은 수, 코일 반경 등의 함수관계로 조사한다.
이론 : 자기선속(magnetic fulx) Φ의 시간적 변화율은 유도기전력 V를 유발한다.
Φ =
V =
여기서 E는 전기장의 세기이며, B는 자기 플럭스밀도 이다. A는 도체에 닫혀진 면적이고, C는 그 경계이다.
Φ와 V의 관계식은 패러데이 법칙에 의하여 주어지고
V = - (1)
이며, 이는 한 개의 도체 루프의 경우이다.
n개의 평행한 도체 루프를 통하여 같은 플럭스가 지나게 되면,
V = n (2)
실험에서는 자기장은 1차의 긴 솔레노이드 코일에 의하여 발생한다. 솔레노이드 코일 내에서의 자기장은 일정하므로.
Φ = B․A (3)
암페어법칙에 의하여
μ0
이 식은 면적 A'을 통해 흐르는 일정한 전류 I와 아래의 관계가 성립한다.
I =
그리고 그것에 의하여 자기장 B가 생성된다. j는 전류밀도, μ0는 자기장 상수이다.
그 값은 μ0 = 1.26․10-6( = N/A2) (자유공간에서의 투자율)
n'번 감긴 긴 코일의 경우
∴ = μ0 n'․(코일내부에서)
주파수 f 혹은 각진동수 ω인 교류전류 I가 1차 코일을 통하여 흐르는 경우 전류 I = I0․sinωt이고
식(1)로부터, 2차 코일(n번 감은 수, 단면적 A)에 유도되는 전압은
∴ V = -μ0 nA․n'ωI0․cosωt/l (4)
측정 내용
① 1차 코일의 자기장의 함수(전류)로 유도 전압 측정
② 1차 코일의 주파수의 함수로 유도 전압 측정
③ 2차 코일의 감은 수로 유도 전압 측정
④ 2차 코일의 단면적의 함수로 유도전압측정
실험 기구 및 장치
① 1차용 필드 코일
② 측정용 2차 코일 세트
③ 함수발생기
④ 오실로스코프
⑤ 디지털 카운터
⑥ 디지털 멀티메터 : 2개
⑦ 연결선
⑧BNC 케이블
실험 방법
① 실험용 측정 베이스나 평평한 테이블에 1차 코일을 설치한 다음, 그림 1과 같이 회로를 연결한다.
② 오실로스코프의 채널1은 1차 코일에 공급되는 전압의 파형을 관측하고, 채널2는 유도되는 전압의 파형을 관측한다. 그리고 측정 모드는 dual에, 이 때 각각의 수직축 조정단자인 volt/div.은 파형이 잘 관측되도록 조정한다.
③ 함수발생기는 출력 파형은 사인 파형으로 설정하고, 측정 주파수 범위는 1kHz에서 10kHz 범위 정도에서 공급한다. 디지털 멀티메터를 사용할 경우 주파수에 따라 측정 정밀도가 변화가 있으므로 높은 주파수에서의 측정은 정밀도가 떨어진다.
낮은 주파수에서는 코일이 거의 쇼트 상태가 되므로 측정이 용이하지 않다.
제품에 따라 다소 차이가 있지만 0.5kHz이하에서의 사용은 코일의 임피던스가 낮아 쇼트에 가까우므로 사용을 피하여야 한다.
④ 디지털 멀티메터 1은 1차 코일에 흐르는 전류를 측정하는 것으로 교류 측정레인지로 사용한다. 처음에 설정하는 레인지는 높은 레인지로 설정한 다음 적당한 레인지로 전류 값을 보면서 설정하면 된다.
⑤ 디지털 멀티메터2는 2차 코일 양단의 교류전압을 측정한다.
⑥ 1차 코일의 자기장의 세기(전류)와 유도기전력 측정;
∴ = μ0 n'․로 계산된 1차 코일 내부에서의 자기장의 세기를 변화시키면서 유도되는 전압을 측정한다.
이 때 2차 코일은 임의로 선정하여도 무관하다. 단 큰 값을 얻기 위해서는 많이 감긴 코일을 사용하는 것이 유리하다.
( 이 측정은 1차 코일의 전류대 2차 코일의 유도 전압으로 측정하여도 가능하다. 이 때 주파수는 일정한 값을 계속 유지하여야 한다.)
⑦ 1차 코일의 주파수에 따른 유도 전압 측정;
임의의 2차 코일을 선정하여 1차 코일내에 삽입하여 기하학적 중심이 일치하도록 하여 실험을 실시한다.
이 때 주의할 사항은 1차 코일에 흐르는 전류를 일정하게 유지한 상태에서 주파수만을 변수로 사용하여야 하는데, 주파수에 따라 코일에 흐르는 전류가 변화하는 까닭에 측정하고자하는 주파수에서 전류 값을 재조정한 다음 유도 전압을 측정하여야 한다.
그리고 코일의 임피던스는 주파수가 증가함에 따라 커지므로 전류는 적게 흐르게 된다. 그러므로 높은 주파수에서 실험을 시작하여 내려오면서 측정을 하는 것이 유리하다.
⑧ 2차 코일의 감은수에 따른 유도 전압 측정;
2차 코일세트 중에서 코일의 길이와 직경은 같고 감은 횟수가 다른 코일을 선정하여 주파수와 1차 코일 전류를 일정하게 유지한 상태에서 감긴 수만 다른 코일을 차례로 삽입하여 유도 전압을 측정하여 그래프로 관계를 조사한다.
⑨ 2차 코일의 단면적에 따른 유도 전압 측정;
2차 코일세트 중에서 코일의 감은 수와 길이는 같고 직경이 다른 코일을 이용하여 동일한 주파수와 1차 코일 전류상태에서 2차 코일에 유도되는 유도 전압을 측정하여 그래프로 관계를 표시한다.
낮은 주파수보다는 높은 주파수에서 유도 전압이 크게 나타나므로 대체로 10kHz 안팎의 주파수를 선정하고 전류는 함수발생기가 공급할 수 있는 거의 최대의 전류를 공급하여 측정을 하는 것이 유리하다.
목적 : 긴 1차의 솔레노이드 코일에 다양한 크기의 전류와 주파수로 자기장을 형성시킨 후 1차 코일 내로 삽입되는 2차 코일 양단에서의 유도기전력에 대하여 1차 코일의 전류와 주파수 및 2차 코일의 감은 수, 코일 반경 등의 함수관계로 조사한다.
이론 : 자기선속(magnetic fulx) Φ의 시간적 변화율은 유도기전력 V를 유발한다.
Φ =
V =
여기서 E는 전기장의 세기이며, B는 자기 플럭스밀도 이다. A는 도체에 닫혀진 면적이고, C는 그 경계이다.
Φ와 V의 관계식은 패러데이 법칙에 의하여 주어지고
V = - (1)
이며, 이는 한 개의 도체 루프의 경우이다.
n개의 평행한 도체 루프를 통하여 같은 플럭스가 지나게 되면,
V = n (2)
실험에서는 자기장은 1차의 긴 솔레노이드 코일에 의하여 발생한다. 솔레노이드 코일 내에서의 자기장은 일정하므로.
Φ = B․A (3)
암페어법칙에 의하여
μ0
이 식은 면적 A'을 통해 흐르는 일정한 전류 I와 아래의 관계가 성립한다.
I =
그리고 그것에 의하여 자기장 B가 생성된다. j는 전류밀도, μ0는 자기장 상수이다.
그 값은 μ0 = 1.26․10-6( = N/A2) (자유공간에서의 투자율)
n'번 감긴 긴 코일의 경우
∴ = μ0 n'․(코일내부에서)
주파수 f 혹은 각진동수 ω인 교류전류 I가 1차 코일을 통하여 흐르는 경우 전류 I = I0․sinωt이고
식(1)로부터, 2차 코일(n번 감은 수, 단면적 A)에 유도되는 전압은
∴ V = -μ0 nA․n'ωI0․cosωt/l (4)
측정 내용
① 1차 코일의 자기장의 함수(전류)로 유도 전압 측정
② 1차 코일의 주파수의 함수로 유도 전압 측정
③ 2차 코일의 감은 수로 유도 전압 측정
④ 2차 코일의 단면적의 함수로 유도전압측정
실험 기구 및 장치
① 1차용 필드 코일
② 측정용 2차 코일 세트
③ 함수발생기
④ 오실로스코프
⑤ 디지털 카운터
⑥ 디지털 멀티메터 : 2개
⑦ 연결선
⑧BNC 케이블
실험 방법
① 실험용 측정 베이스나 평평한 테이블에 1차 코일을 설치한 다음, 그림 1과 같이 회로를 연결한다.
② 오실로스코프의 채널1은 1차 코일에 공급되는 전압의 파형을 관측하고, 채널2는 유도되는 전압의 파형을 관측한다. 그리고 측정 모드는 dual에, 이 때 각각의 수직축 조정단자인 volt/div.은 파형이 잘 관측되도록 조정한다.
③ 함수발생기는 출력 파형은 사인 파형으로 설정하고, 측정 주파수 범위는 1kHz에서 10kHz 범위 정도에서 공급한다. 디지털 멀티메터를 사용할 경우 주파수에 따라 측정 정밀도가 변화가 있으므로 높은 주파수에서의 측정은 정밀도가 떨어진다.
낮은 주파수에서는 코일이 거의 쇼트 상태가 되므로 측정이 용이하지 않다.
제품에 따라 다소 차이가 있지만 0.5kHz이하에서의 사용은 코일의 임피던스가 낮아 쇼트에 가까우므로 사용을 피하여야 한다.
④ 디지털 멀티메터 1은 1차 코일에 흐르는 전류를 측정하는 것으로 교류 측정레인지로 사용한다. 처음에 설정하는 레인지는 높은 레인지로 설정한 다음 적당한 레인지로 전류 값을 보면서 설정하면 된다.
⑤ 디지털 멀티메터2는 2차 코일 양단의 교류전압을 측정한다.
⑥ 1차 코일의 자기장의 세기(전류)와 유도기전력 측정;
∴ = μ0 n'․로 계산된 1차 코일 내부에서의 자기장의 세기를 변화시키면서 유도되는 전압을 측정한다.
이 때 2차 코일은 임의로 선정하여도 무관하다. 단 큰 값을 얻기 위해서는 많이 감긴 코일을 사용하는 것이 유리하다.
( 이 측정은 1차 코일의 전류대 2차 코일의 유도 전압으로 측정하여도 가능하다. 이 때 주파수는 일정한 값을 계속 유지하여야 한다.)
⑦ 1차 코일의 주파수에 따른 유도 전압 측정;
임의의 2차 코일을 선정하여 1차 코일내에 삽입하여 기하학적 중심이 일치하도록 하여 실험을 실시한다.
이 때 주의할 사항은 1차 코일에 흐르는 전류를 일정하게 유지한 상태에서 주파수만을 변수로 사용하여야 하는데, 주파수에 따라 코일에 흐르는 전류가 변화하는 까닭에 측정하고자하는 주파수에서 전류 값을 재조정한 다음 유도 전압을 측정하여야 한다.
그리고 코일의 임피던스는 주파수가 증가함에 따라 커지므로 전류는 적게 흐르게 된다. 그러므로 높은 주파수에서 실험을 시작하여 내려오면서 측정을 하는 것이 유리하다.
⑧ 2차 코일의 감은수에 따른 유도 전압 측정;
2차 코일세트 중에서 코일의 길이와 직경은 같고 감은 횟수가 다른 코일을 선정하여 주파수와 1차 코일 전류를 일정하게 유지한 상태에서 감긴 수만 다른 코일을 차례로 삽입하여 유도 전압을 측정하여 그래프로 관계를 조사한다.
⑨ 2차 코일의 단면적에 따른 유도 전압 측정;
2차 코일세트 중에서 코일의 감은 수와 길이는 같고 직경이 다른 코일을 이용하여 동일한 주파수와 1차 코일 전류상태에서 2차 코일에 유도되는 유도 전압을 측정하여 그래프로 관계를 표시한다.
낮은 주파수보다는 높은 주파수에서 유도 전압이 크게 나타나므로 대체로 10kHz 안팎의 주파수를 선정하고 전류는 함수발생기가 공급할 수 있는 거의 최대의 전류를 공급하여 측정을 하는 것이 유리하다.
