실험물리 예비/결과 Hall Effect (홀 효과) / Helmholtz Coil (헬름홀츠코일) 다운로드 - 방송대레포트

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실험물리 예비/결과 Hall Effect (홀 효과) / Helmholtz Coil (헬름홀츠코일) 다운로드

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실험물리 예비/결과 Hall Effect (홀 효과) / Helmholtz Coil (헬름홀츠코일)

서강대학교 물리학과 실험물리학1의 실험 예비레포트와 결과레포트를 병합하여 올립니다. 해당 과목 A+를 받았습니다.결과보고서는 제가 실험한 데이터로 작성되었습니다. 따라서 이론적인 값과 다소 차이가 있을 수 있지만 오차에 대한 분석이 포함되어 있습니다. 또한 실험의 내용은 담당 조교에 따라 일부 상이할 수 있습니다.본문 내용을 많이 입력하고 싶지만 레포트에 수식이 다수 포함되어 있어 옮기는 것에 한계가 있습니다. 파일 안에는 완벽한 수식처리가 되어있습니다.

예비 레포트 (프리 레포트, 예비 보고서)

1. 실험 목표

2. 이론

3. 재료 및 장비

4. 실험 방법 (과정)

5. 참고 문헌

결과 레포트 (결과 보고서)

1. 실험 결과 정리 (실험 데이터)

2. 분석 및 토의

3. 참고 문헌.. 솔레노이드에서 전류에 따른 자기장

1.1.1. 전자석 사이에 시료 없이 가우스미터만 넣고, 솔레노이드에 전류를 흘려주어 전류에 따른 자기장의 세기를 측정하였다. 이상적인 솔레노이드에서 전류와 자기장 사이의 관계는 중심부에서 이다. 실제 실험 데이터도 전류와 자기장이 정비례한다. 가우스미터 사용 전에 영점조절을 하였으므로, 추세선을 그릴 때 원점을 지나도록 고정하였다.

1.1.2. 솔레노이드의 단위 길이 당 감은 수를 알지 못한다. 그래서 를 사용하여 추정해 볼 수 있다. 일단 1T=10,000G임을 고려해야 한다. 먼저 는 그래프의 기울기에 를 곱한 0.036332를 아용하고 를 사용하면 28,904이 된다. 일반물리실험2 5주차에서 실시했던 과거 실험에서는 단위 길이 당 감은 수가 22,140인 것에 비추어 볼 때 비교적 정확하게 추정된 것으로 보인다.

1.1.3. 단위 길이 당 감은 수를 알고 있다면 의 이론값과 실험값을 비교하여 실제로 자기장이 얼마나 손실되는지 또는 강자성체인 철심의 영향으로 얼마나 증폭되었는지 볼 수 있었을 것이다. 이것이 실험의 목적에 더 부합하기 때문에 감은 수를 알고 실험하는 것이 더 좋을 것이다.

.. 1.1. Hall Effect

1.1.1. 전자석에 전류를 흐르게 하지 않음으로써 자기장을 가해주지 않고 시료에 흐르는 전류에 따른 홀 전압을 측정하였다. 자기장이 없다면 이론적으로 로렌츠힘이 작용하지 않아 홀 전압은 생기지 않아야 한다. 그러나 전류에 비례하게 전압이 발생한 것은 지구 자기장 때문인 것으로 생각된다.

1.1.2. 시료에 전류를 흘려주고, 전자석에 전압을 가해 자기장을 변화시켜 주며 홀 전압을 측정하였다. 홀 계수는 이다. 자기장에 따른 홀 전압 그래프에서 추세선 기울기를 으로 사용하면, 데이터의 평균값을 사용한 것이 된다. 이때 SI 단위를 사용하기 위해 mV를 V로 G를 T로 바꿔주고, 역시 A를 사용한 전류와 m를 사용한 시료 두께(t)를 사용하여 계산하였다. n형 시료에서는 전하 운반체가 전자로, 값이 음수 기울기를 갖는다. p형 시료에서는 양공으로 양수 기울기를 갖는 것을 확인 할 수 있다. 또한 전하운반자밀도 를 구하였다. 이때 전자의 전하량은 를 이용하였다.

1.1.3. 앞에서 구한 각각의 시료에 대한 홀 계수 를 이용하고 전압을 측정하여 자기장 계산값 을 구하였다. 즉 전압을 이용해 자기장을 추정한 것이다. 이것은 가우스미터와 원리가 같은 방식으로서, 자기장과 홀 전압이 비례 한다는 것을 이용한 것이다. 이를 직접 가우스미터로 측정한 값과 비교하여 차이[=(계산값-직접측정값)/직접측정값]를 계산했다. 그러나 차이가 크게 나왔는데 가장 큰 이유는 가우스미터의 위치가 달라졌기 때문이다. 실험을 할 때 가우스미터의 위치에 기준을 두지 않고 다른 실험을 할 때마다 위치가 변경되었다. 이 경우 애초에 홀 계수가 정확하지 않게 되어 자기장도 제대로 구하지 못한다.

..1.1.1. 헬름홀츠코일은 이론적으로 두 코일 사이가 코일의 반지름과 같을 때 가장 균일한 자기장이 생성된다. 실험에서 R=6.4cm였는데 이 지점에서 딱히 더 균일하지 않았다. 이는 표준편차를 통해 알 수 있다. 표에서 표준편차1은 전체를 대상으로 표준편차2는 가장자리 두 데이터를 제외한 수치이다.

1.1.2. 가우스미터가 코일의 정 중앙에 제대로 위치하지 못했고 이동시킬 때 계속 위치가 바뀌었다. 한쪽 끝뿐만 아니라 반대편 끝부분도 고정할 수 있게 설계한다면 더 나은 실험 결과가 나왔을 것으로 보인다.

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