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헬름홀츠 코일에서의 자기장 측정(예비)

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헬름홀츠 코일에서의 자기장 측정(measurement)(예비)
학번: 200711433
학부: 컴퓨터工學(공학) 부
담당교수: 이상영 교수님
담당조교: 정호상 조교님
조번호: 2조
이름: 배수진

1. 실험 goal(목표)
-헬름홀츠 코일에서의 자기장의 공간적 분포상태를 디지털 가우스 미터를 사용하여 측정(measurement)한다.

2. 실험원리
① 理論(이론)적 배경
ⓐ 용어 definition
맥스웰 방정식
- 전기장과 자기장의 발생과 상호관계를 기술하는 4개의 방정식.
19세기 물리학자인 제임스 클럭 맥스웰은 실험법칙을 표현하는 이들 4개의 식을 사용해 전자기파를 기술했다. 이 4개의 식이 뜻하는 바는 각각 다음과 같다.

① 전기장은 전하로부터 발산해가는 것으로 쿨롱힘을 표현한다.
② 자석의 극은 N극과 S극이 서로 분리되어 존재하지 않으며 양극 사이에는 자기력이 작용한다.
③ 자기장의 세기를 alteration(변화) 시키면 전기장이 발생된다 이것은 패러데이의 유도법칙...



헬름홀츠 코일에서의 자기장 측정(measurement)(예비)
학번: 200711433
학부: 컴퓨터工學(공학) 부
담당교수: 이상영 교수님
담당조교: 정호상 조교님
조번호: 2조
이름: 배수진

1. 실험 goal(목표)
-헬름홀츠 코일에서의 자기장의 공간적 분포상태를 디지털 가우스 미터를 사용하여 측정(measurement)한다.

2. 실험원리
① 理論(이론)적 배경
ⓐ 용어 definition
맥스웰 방정식
- 전기장과 자기장의 발생과 상호관계를 기술하는 4개의 방정식.
19세기 물리학자인 제임스 클럭 맥스웰은 실험법칙을 표현하는 이들 4개의 식을 사용해 전자기파를 기술했다. 이 4개의 식이 뜻하는 바는 각각 다음과 같다.

① 전기장은 전하로부터 발산해가는 것으로 쿨롱힘을 표현한다.
② 자석의 극은 N극과 S극이 서로 분리되어 존재하지 않으며 양극 사이에는 자기력이 작용한다.
③ 자기장의 세기를 alteration(변화) 시키면 전기장이 발생된다 이것은 패러데이의 유도법칙으로 표현된다
④ 전기장을 alteration(변화) 시키거나 도선에 전류가 흐르면 회전하는 자기장이 생긴다. 이는 앙페르 법칙을 확장하여 전기장 alteration(변화) 에 따르는 efficacy를 포함시킨 것이다.

이 방정식을 MKS 단위계에서 수학적으로 표현하면 벡터 연산자인 컬(×)과 다이버전스()를 이용하여 이 표현식에서 그리스 문자 ρ는 전하밀도를 나타내며, J는 전류 밀도를, E는 전기장의 세기, B는 자기장의 세기, D와 H는 E와 B에 비례하는 어떤 양을 가리킨다.
위에 해당하는 맥스웰의 방정식은 각각 ① D=ρ, ② B=0, ③ ×E=-∂B/∂t, ④ ×H=∂D/∂t +J이다.

비오사바르의 법칙
- 정상전류가 흐르고 있는 도선 주위의 자기장의 세기를 구하는 법칙.
전류 I가 흐르고 있는 회로 안의 미소부분 Δs에 의해서 P점에 생기는 자기장 ΔH는 P와 Δs를 포함하는 면에 수직이고, 그 방향은 암페어의 법칙에 따른다. 그 크기는 ΔH=…(생략) IΔs sin θ/4πr2 으로 주어진다. P점에서의 자기장의 세기는, 이 관계에 입각해서 얻어지는 회로 안의 각 미소부분에 의한 자기장의 벡터합으로써 구해진다.
`그림. 비오사바르의 법칙`

자기장
- 자석이 지닌 자기력이 미치는 공간을 의미한다. 자기력은 물체 사이 거리의 제곱에 반비례하므로, 자석이 어느 정도 멀어지면 자기력을 거의 느낄 수 없다. 따라서 자석 사이의 힘이 느껴지는 거리 내의 공간을 자기장이라 한다.
ⓑ 실험 기구
가우스미터
- 자기력선속밀도를 간단하게 측정(measurement)하는 측정(measurement)기구이다. CGS단위계로 가우스가 자기력선속밀도의 단위이므로 그 단위를 사용하였다.
프로브
- 진공관 전압계(VTVM)나 오실로스코프 등 입력 단자에 접속해서 피측정(measurement)점에 접촉시키기 위해 사용하는 것. 탐침(探針)이라고도 한다. 구성 소자는 다이오드, 저항 및 콘덴서 등으로 되어 있으며, 측정(measurement) 파형에 影響을 미치지 않도록 입력 임피던스는 높아야 하고, 비교적 높은 주파수까지 사용할 수 있도록 다이오드의 정류 efficacy도 좋아야 한다.

② 실험 원리
다음의 멕스웰 방정식으로부터

식(1)

여기서 c는 영역 s 주위의 닫혀진 곡선이며, 직류전류에서는 D=0 이므로, 자기밀도 법칙은

식(2)

이것은 비오-사바르 법칙으로부터 특별한 목적으로 다음과 같이 쓰여지기도 한다.

`그림 1. 원형 도선의 축을 따른 자기장의 세기`

식(3)

여기서 p는 전도 component의 요소 dl에서 측정(measurement)점까지 벡터이고 dH는 이들 두 벡터에 모두 수직이다.
원형도체의 중심축을 따라 자기장의 세기는 식(3)으로부터 계산할 수 있다
벡터 dl은 r과 dH가 놓여있는 면에 수직이고, 그래서

식(4)

dH는 반경 component, dHr 과 축 component dHz으로 해석된다
dHzcomponent은 모든 dl에 상대하여 같은 방향을 가지고 양이 더해진다. dhr은 쌍에서 서로 상쇄되어 없어진다.

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실험결과/기타

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