[일반물리학실험] 패러데이

1. 실험 목적
전자기유도에 대한 패러데이 법칙을 살펴보고, 1차 코일에 의해 유도된 2차 코일의 전압과 전류를 측정해 보고 또한 실생활에 응용된 예를 찾아본다.

2. 실험 이론
패러데이 법칙

하나의 곡면(코일)을 지나가는 자기 선속은 다음의 식과 같이 정의되고,
- ①
자기선속의 볿�화왿� 유도기전력과의 관계는 다음 Faraday의 유도 법칙으로 표현되고 있다.
- ②
회로에 유도되는 유도기전력의 크기는 그 회로 loop를 지나간 자기선속의 시간적 볿�화율과 같다.

자기유도효과(유도전류)는 항상 그것을 발생시키는 원인에 반대하는 방향으로 나타난다. 원인은 자기장 내에서의 도체의 운동일 수도, 정지하고 있는 회로를 지나서 자기선속이 볿�화할 수 도 있고, 또는 경우가 함께 일어날 수도 있다. 위의 어떤 경우에서나 유도전류는 결국 운동이나 또는 자기선속의 볿�화에 반대하여 현재 상태를 유지/보존하려고 하고 있는 것이다.

2) 실험 setting 및 이론
먼저 실험 setting은 왼쪽의 그림과 같고, 그림과 같이 setting된 회로도는 오른쪽 그림과 같다.

그림에서 보면 interface 장비의 전원 source왿� helmholtz coil과 저항으로 구성된 R-L 회로임을 알 수 있다. 회로 전체에 걸리는 총 임피던스는



이다. 이때 (i) 주파수 가 작으면 회로에 걸리는 총 임피던스 값은 저항의 값에 가까워지며(), (ii) 주파수 가 크면 회로에 걸리는 총 임피던스 값()은 인덕터(inductor)에 의한 임피던스 값을 고려해 주어야 한다.

(i) 주파수 가 작은 경우
회로에 걸리는 전체 저항은 inductor에 의한 임피던스 값을 무시한 회로 전체 저항 에 가까우며 전압을 인가하여 주었을 때 전류는
- ③
로 표현할 수 있다.

Helmholtz coil에 의한 자기장 는
- ④
로 주어지며 여기서 은 감긴 횟수(=320번), 은 coil의 반지름(=6.25cm), 는 진공에서의 투자율, 는 coil에 흐르는 전류로 표현할 수 있다