物理学実験I 電磁気学 2日目 - HEP Tsukuba Home Page

物理学実験 I 電磁気学２日目
実験概要
 １９世紀前半に発見された電流と磁場に関
する電磁気の法則を再発見する．
アンペールの法則
 ファラデー（電磁誘導）の法則
 ビオ・サバールの法則

実験の内容

実験１

交流磁場中のコイル（サーチコイル)の振舞いの把握


サーチコイルに発生する電圧と磁場の強さには相関があるらしい・・・
アンペールの法則を前提としてファラデーの法則を検証する．

コイルの電流  磁場を発生
• 磁場(B) ∝ コイルを流れる電流(I) （アンペールの法則）

（交流)磁場中にコイルを置いたら何が起こるか？
• 磁場 ⇒ コイルに電圧を発生させる？

実験２


実験１の結果の応用
サーチコイルを磁場測定器として利用し、コイルの周りの磁場分
布を測定．
ビオ・サバールの法則  コイル（円環状電流）が作る磁場
 ビオ・サバールの法則を検証
実験１
① 大コイルに交流電流を
流し、交流磁場を発生させる。
② 小コイルを大コイルの中
心に配置し、両端の交流電
圧を測る。
V
(電圧計）
交流電流 I
実験１実験内容

サーチコイルに発生する交流電圧の、電流の大
きさ、周波数に対する依存性を調べる
電流の大きさ：400, 200, 100, 50 mArms
周波数：3.2 k, 1.6 k, 800, 400 Hzについて測定

結果をグラフにまとめる。
注意；テキスト 34ページ図３
縦軸：大コイルの電流
横軸：サーチコイルの電圧、としてプロットする。

解析する⇒ V ∝ I ∝ B
V∝f
（解析例はテキスト参照）
実験２
実験１の結果を応用
サーチコイルの電圧 V ∝ I ∝ B
⇒ 磁場の相対的な大きさがわかる
⇒ サーチコイルを磁場計として利用
 大コイルの中心軸上の磁場分布を調べる

V
(電圧計）
I
実験２実験内容




大コイルに1.6 kHz, 400 mArmsの電流を流す。
サーチコイルの出力が最大になる点を原点とし
て、中心軸上 0, 0.5, 1, 1.5, 2, 3, 4, 5, 6, 8cm,
…(以後2 cmおき)に 20cmまで出力を測定する。
結果を両対数グラフにまとめる。
解析を行う。（テキストの解析例参照）

（ゴール）中心軸上の磁場の距離依存性を明らかにす
る。（関数形）
実験装置
発振器
増幅器
大コイル（ヘルムホルツコイル）
サーチコイル
交流電圧計（デジタルマルチメータ）
ケーブル切り替え器
抵抗器・ヒューズ箱
同軸ケーブル各種
発振器（交流電圧源）
電源
周波数調整
出力調整
（２．５Ｖに合
わせる）
出力（BNC）
同軸ケーブル

高周波数（～GHz）の信号を歪ませること
無く伝送できる
外部導体
（接地：GND)
絶縁体（誘電体）
芯線
末端：
・ BNCコネクタ
・ペアプラグ（芯線側に白点、
または外部導体側にGND）
増幅器
出力調整
つまみ
出力
スイッチ
電源
入力
出力
交流電圧計（デジタルマルチメータ）
ペアプラグ-BNC
入力２
ＣＨ１/ＣＨ２切替SW
入力１
ヒューズ・抵抗箱
抵抗１Ω
（両端の電圧
から電流値が
わかる（オー
ムの法則)
ヒューズ
大コイル（ヘルムホルツコイル)
片方のコイルを使用
サーチコイル
ヘルムホルツコイルの軸に対して平行に
なるように注意
回路図
増幅器
大
コイル
発振器
（交流電圧源）同軸ケーブル
(２．５V)
V
~
switch+Digital Multimeter
交流電圧計サーチコイル
実験終了時に見せるもの


実験１「サーチコイル出力電圧の大コイル電流依存
性」（p. 34図3）
実験２「サーチコイル出力電圧の軸上距離依存性」
(p.37 図７右、両対数プロット）
レポート

テキストに沿って解析する。




実験１：Kの導出まで(V, f → H)
実験２：データ全体をあらわす式を求める(p37～p40)。
実験結果からなにが結論できるかを「論理的に」「わか
りやすく」議論する。（他人を納得させられるように）
テキスト40ページの問題２，３，４はなくても可。（あれ
ば、加点）
ビオ・サバール（Biot-Savar）の法則

ds
電流要素（Iｄｓ）が任意の点に作る磁場を記述
z

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