#8. 자기력 실험

1. 관찰 및 결과 실험 1. 전류 양과 자기력의 관계
자석의 숫자 6개
도선의 길이 L=0.022m
<표1 > 전류 양과 자기력: 전류 양과 자기력의 관계에 관한 그래프이다.
전류(A)	힘(kg중)
0	0
0.5	0.000588
1	0.001078
1.5	0.001764
2	0.002352
2.5	0.003038
3	0.003724	*유효숫자는 소수점 6자리 까지 처리하였다.

실험 2. 도선의 길이와 자기력의 관계
자석의 숫자 6개
전류의 양 I=3A
<표2> 길이와 자기력: 길이와 자기력의 관계에 대한 그래프이다.
길이(m)	힘(kg중)
0.022	0.00108
0.042	0.00216
0.032	0.00147
*유효숫자는 소수점 6자리 까지 처리하였다.

 

실험 3. 자기장의 세기와 자기력의 관계
전류의 양 I= 3A
도선의 길이 L =0.032m
<표3> 자기장과 자기력: 자기장의 세기와 자기력의 관계에 관한 그래프이다.
자석수(개)
2	0.001862
4	0.003528
6	0.004704
*유효숫자는 소수점 6자리 까지 처리하였다.

실험 4. 각도와 자기력의 관계
전류의 양 I=2A
<표4> 각도와 자기력: 각도와 자기력의 관계에 대한 그래프이다.
각도(º)	힘(kg중)	사인값
0	0	0
10	0.000130	0.173648
20	0.000270	0.342020
30	0.000390	0.500000
40	0.000500	0.642788
50	0.000600	0.766044
60	0.000680	0.866025
70	0.000740	0.939693
80	0.000780	0.984808
90	0.000790	1.000000
-10	-0.000140
-20	-0.000270
-30	-0.000400
-40	-0.000510
-50	-0.000620
-60	-0.000690
-70	-0.000750
-80	-0.000790
-90	-0.000800
*유효숫자는 소수점 6자리 까지 처리하였다.

 

[질문 1] 실험1의 힘(y축)과 전류(x축)의 그래프에서 기울기는 무엇을 의미하는가?

실험 1의 그래프를 살펴보면 기울기 값은 F/I 임을 알 수 있다. 자기력의 공식 F=IBL에서 양변을 I로 나누면 F/I=BL이므로 그래프의 기울기 값은 BL, 즉 (자기장의 세기)*(도선의 길이)임을 알 수 있다.

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[질문 2] 실험2의 힘(y축)과 길이(x축)의 그래프에서 기울기는 무엇을 의미하는가?

실험 2의 그래프를 살펴보면 기울기 값은 F/L 임을 알 수 있다. 자기력의 공식 F=IBL 에서 양변을 L로 나누면 F/L=IB 이므로, 그래프의 기울기 값은 IB, 즉 (전류의 양)*(도선의 길이)임을 알 수 있다.

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[질문 3] 실험 3의 힘(y축)과 자기장(x축)의 그래프에서 기울기는 무엇을 의미하는가?

실험 3에서 그래프를 보면 기울기 값은 F/B이다. 자기력의 공식 F=IBL에서 양변을 B로 나누면 F/B=IL이므로, 그래프의 기울기 값은 IL, 즉 (전류의 양)*(도선의 길이) 이다.

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[질문 4] 실험 데이터를 사용하여 식 (2)를 확인하라.

그래프1를 보면 전류와 자기력이 비례하는 모양을 나타내므로 F∝I이고 그래프 2에서는 도선의 길이와 자기력이 비례하는 모양을 나타내므로 F∝L이고, 그래프3에서는 자기장의 세기와 자기력이 비례하는 모양을 나타내므로 F∝B이고 그래프 4에서 각도와 자기력의 sin함수의 모양을 그리는 것을 볼 수 있으므로 F∝sinθ 이다. 그러므로 F=IBLsinθ이다.

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[질문 5] 전자저울의 눈금이 음수인 것은 무슨 의미인가?

도선이 위쪽으로 힘을 받으면 반대로 자기장장치는 아래쪽으로 힘을 받아 저울의 수치가 올라가지만, 도선이 아래쪽으로 힘을 받으면 반대로 장치는 위쪽으로 힘을 받아 저울의 수치가 감소하는 것이다. 처음에 장치를 올려놓고 영점을 맞췄기 때문에 0에서 감소하여 음수 값을 나타내게 되는 것이다.

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[생각해보기]

1. 전류가 증가하면 자기력은 그에 비례하여 커지는가?

F=IBLsinθ이기 때문에 전류가 증가하면 자기력은 그에 비례하여 커진다.

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2. 도선의 길이가 증가하면 자기력은 어떻게 되는가?

F=IBLsinθ이기 때문에 도선의 길이가 증가하면 자기력은 그에 비례하여 커진다.

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3. 자기장이 증가하면 자기력도 증가하는가?

F=IBLsinθ이기 때문에 자기장이 증가하면 자기력도 비례하여 커진다.

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*오차분석:전선 내부의 약간의 저항이 존재할 수 있고, 전류가 조금 손실 되었을 수도 있다.

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3.결론: 자기력의 세기는 자기장의 세기, 도선의 길이, 전류의 세기에 비례한다는 것을 알 수 있었다.