자기장 내의 전류가 받는 힘

 

 

 

 목  적 : 자기장 속의 도선에 흐르는 전류가 받는 힘의 방향을 알 수 있다.

 

준비물 : 전원장치, 집게 전선, 스위치, 코일, 말굽 자석, 니크롬선.

 

방  법

①  준비한 실험 기구를 이용하여 오른쪽 그림과 같이 장치하고, 스위치를 눌러 보자. 말굽 자석 속에 놓인 도선은 어느 쪽으로 움직이는가?

②  전지의 극을 바꾸어 연결하고, 스위치를 눌러 보자. 말굽 자석 속에 놓인 도선이 어느 쪽으로 움직이는가?

③  니크롬선의 길이를 짧게 하여 연결하고, 스위치를 눌러 보자. 말굽 자석 속에 놓인 도선이 더 많이 움직이는가?

④  이 실험의 결과를 전류계의 원리에 적용시켜 보자.

 

결  과

①  준비한 실험 기구를 이용하여 위의 그림과 같이 장치하고, 스위치를 누르면 말굽 자석 속에 놓인 도선이 한 방향으로 움직인다.

②  전지의 극을 바꾸어 연결하고, 스위치를 누르면 말굽 자석 속에 놓인 도선이 반대쪽으로 움직인다.

③  니크롬선의 길이를 짧게 하여 연결하고, 스위치를 누르면 말굽 자석 속에 놓인 도선이 더 많이 움직인다.

 

원  리 : 다음 그림은 자석에 의한 자계와 직선전류에 의한 자계를 겹쳐서 그린 그림이다.  이들의 자계가 합성되면 다음 왼쪽그림과 같게 된다. 도선의 위쪽에서는 양쪽의 자력선이 더해져서 빽빽하게 되고, 아래쪽에서는 양쪽의 자력선이 서로 상쇄되어 드문드문해진다.

     자력선은 고무줄처럼 오므라들려는 성질이 있다. 그 때문에 도선은 자력선이 밀집하고 있는 위쪽에서 아래쪽 방향으로 힘을 받게 된다. 이것이 전자기력의 정체이다.  이 힘의 방향을 플레밍의 왼손법칙으로 나타내면 검지 방향이 자기장의 방향, 중지방향이 전류의 방향이면, 엄지손가락 방향이 힘의 방향이 된다.

   이때 힘의 크기는   (θ :자기장과 전류의 사이각 )로서 니크롬선의 길이를 짧게 하면 코일에 전류가 많이 흐르므로, 전류가 흐를 때 생기는 자기장의 세기도 강해진다. 따라서 영구 자석인 말굽 자석의 자기장과의 상호 작용에 의해 생기는 자기력도 강해지기 때문에 도선이 더 많이 움직인다.  이 실험의 결과, 영구 자석의 자기장과 그 속에 놓인 코일에 전류가 흐를 때 생기는 자기장이 서로 작용하여 코일을 움직이는 힘이 생기고, 이 힘은 코일에 흐르는 전류가 셀수록 커진다는 사실을 알 수 있다. 전류계는 이 원리를 이용하여 회로에 흐르는 전류를 측정하는 장치이다.