[일반물리학 실험] 플레밍의 법칙 실험

[일반물리학 실험] 플레밍의 법칙 실험

실험목적

플레밍의 법칙 실험기를 통해 전자력의 존재를 확인하고 또 그 방향과 크기를 안다.

실험원리

자기장 속에서 흐르는 전류의 힘 \(F\)의 방향을 조사하면, 항상 전류 \(I\)의 방향과 자기장 \(B\)의 방향 사이에는 직각관계가 있음을 확인할 수 있다. 이처럼 전류와 자기장 사이에 작용하는 힘을 전자기력이라고 한다.

힘 \(F\)의 방향을 정하는데 편리한 플레밍의 왼손법칙이라는 것이 있다(위 그림 참고). 왼손의 가운데에 손가락, 집게손가락, 엄지손가락을 서로 직각이 되게 벌리고, 가운데 손가락을 전류의 방향으로, 집게손가락을 자기장의 방향으로 하면 힘의 방향은 엄지손가락이 가리키는 방향이 된다. 

이 법칙은 아주 편리한 법칙으로 모터의 회전방향을 정할 때 등에 필요하다. 이 법칙을 이용하여 첫째 전류와 자기력선의 생성방향간의 관계를 알 수 있다.

자기력선 간에 작용하는 힘에 관해서는 자기장의 크기는 전류의 세기에 비례한다.

위의 그림은 도선에 전류가 흐를 때 자기장은 도선과 수직이 되는 면에 도선을 중심으로 동심원을 만드는 자기장이 생성됨을 나타낸 것이다.

실험기구

(1) 플레밍의 법칙 실험기 2개

(2) 직류 안정화 전원장치

(3) 전류계(\(50/500/5000\text{mA}\))

(4) 자

실험방법

1) 첫번째 실험

(1) 플레밍의 법칙 실험기 A, B를 다른 색의 단자끼리 전선을 연결할 수 움직임이 없도록 한다.

(2) 플레밍의 법칙 실험기 A의 사각형 코일 부분을 앞으로 살짝 당겼다 놓는다.

(3) 자석의 자계로부터 전자기력을 받은 플레밍의 법칙 실험기 B의 움직임의 방향을 살핀다.

(4) 같은 색의 단자끼리 전선을 연결한 후 (2), (3)의 방법을 반복한다.

2) 두번째 실험

(1) 플레밍의 법칙 실험기, 직류 안정화 전원장치, 전류계를 자기장의 방향과 전류의 방향을 확인하여 장치한다.

(2) 아래 그림을 참고하여 전류를 가했을 때 코일이 움직이는 방향이 플레밍의 법칙을 만족하는지 확인한다.

(3) 스위치를 넣으면 사각형 코일의 한 변이 U자형 자석의 자기장으로부터 전자력을 받아서 한 쪽으로 조금 이동한다.

(4) 사각형 코일에 흐르는 전압을 서서히 증가시켜 (3)을 반복한다. 전자기력이 작용한 위치에서 사각형 코일면이 연직방향으로 되는 각이 커져서 결국 전자기력의 크기가 전류와 같이 증가한다.

(5) 코일에 흐르는 전류의 방향을 위의 경우와 반대로 하면 코일이 받는 힘의 방향은 반대로 된다. 전원장치와 전류계의 전선의 방향을 바꾸어 위의 과정을 반복한다.

참고자료

이 공대생을 위한 일반물리학실험, 경기대학교 일반물리학실험 교재편찬위원회, 북스힐

https://www.nidec.com/en-NA/technology/motor/glossary/000/0013/

http://ebook.chungpaemt.co.kr/AReS_EI_HTML/HTMLContents/part4/experiment4_1_ko.html

https://prezi.com/uupfd9deezo8/presentation/?webgl=0

https://prezi.com/rdppnuch_ffd/presentation/