RL회로에서 코일을 통과하는 자석의 자유낙하 현상 분석
Analysis of a magnet falling through a coil connected into a RL circuit
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초록
본 연구에서는 자석이 코일 내부를 자유 낙하할 때 자기 다발의 변화에 영향을 받아 코일, 저항, 스위치로 구성된 전기 회로에 유도되는 전류 변화를 MBL 장치를 이용하여 정량적으로 측정하였다. 코일의 감은 횟수를 400번으로 하여 그 길이를 3.6 cm, 8.0 cm, 16 cm, 30 cm로 달리하였고 기본 회로에 건전지 유무에 따른 회로의 반응을 분석하였다. RL회로에서 코일을 통과하는 자석의 자유낙하시 유도되는 전류에 대한 이론과 실제의 차이점 및 유도 전류의 특성을 알 수 있었다. 길이가 긴 코일 속을 자석이 낙하할 때 유도 전류에 의한 자기장이 자석을 등가속도로 떨어지도록 않도록 하는 역할을 하였으며, 코일 속에 형성되는 자기 다발의 시간 변화율이 위치에 따라 차이가 발생하여 유도 전류 그래프가 비대칭적으로 관측되었다. 자석이 자유 낙하할 때 자기 다발의 변화율이 최대인 지점은 코일 안쪽에서 발견되었다. 또한, 건전지가 회로에 연결되어 있지 않을 때 유도 전류의 변화가 더 크게 관측되었다.
Abstract
While a small neodymium magnet is falling through a coil connected into an electric circuit, the induced current is recorded by a computer interface device, MBL. We have measured the current characteristics depending on lengths of coil, 3.6cm, 8.0cm, 16cm, and 30cm with the same number of 400 turns with or without a battery. When the magnet falls vertically toward a coil, the magnet is not free falling because the induced current makes magnetic field. Inside the long coil,the magnet is almost free falling because of no induced current,which ends up with an asymmetric shape. Induced electric current in the circuit that an external battery is supplied is less sensitive. This is because of inertia and magnetic field by the dc current. We found the very interesting point that the maximum of happens inside coil not inlet plane of the coil.
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