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가우스 가속기에 대한 탐구

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by

동훈 차

on 13 May 2016

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Transcript of 가우스 가속기에 대한 탐구

원형 레일로 실험을 할 수 없음.(반영구적 동력)
장애로 인하여 정확한 값을 구하지 못함.
1. 구형이 아닌 원기둥형 자석을 사용해 마찰 증가(구슬의 이동을 방해하는 장애물 구조상 없앨 수 없었음.)
2. 구슬의 자화현상
3. 자석이 코일을 통과하는 부분에 따라 전압 변동
직렬 연결의 형태로 300번 이상의 실험을 반복하였지만 불규칙한 결과가 나옴 (병렬로 고쳐서 함)

아쉬웠던 점
개선 방안 및 응용, 활용
정확한 조건에서 실험
일정한 레일
순간측정가능한 테스터기
조금 더 넓은 폭의 진입속도와 정확한 방향 조준으로 더 많은 횟수의 실험을 시도해야한다.
구슬이 진입속력까지 도달하는데 필요한 전기 에너지를 구해서 가우스 가속기의 효율을 구해 원래 실험의 목적을 달성해야한다.
활용(응용)방안
처음 한번의 운동에너지를 가우스 가속계로 증폭시킨 후 터빈을 통해 전기에너지로 바꾸는 반영구적 발전기.
가우스 가속기에 대한 탐구
가우스 가속기의 진입 속력과 출력 속력의 관계와 이 때 발생하는 전압값 측정
이 운동 에너지를 전기 에너지로 전환하여 사용하면 어떨까?
알아보고 싶은 점
진입 속력, 구슬의 크기, 자석의 세기가 출력 속력에 미치는 영향

가장 효율 적으로 속력 증폭 시킬 수 있는 조건
진입 속력, 코일의 두께, 코일을 감는 횟수가 발생되는 전압값에 미치는 영향

가장 효율적으로 에너지를 증폭시킬 수 있는 조건
선행연구
가설 설정
탐구과정 1
결론 1
참고문헌
실험1 진입 속력과 출력 속력 비교
진입 속력이 빠를수록, 쇠구슬의 질량이 클수록, 자석이 셀수록 출력속력 증가
참고문헌
길버트가 들려주는 자석 이야기 (정 완상, 자음과 모음)
패러데이가 들려주는 전자석과 전동기 이야기 (정 완상, 자음과 모음)
맥스웰이 들려주는 전기 자기 이야기 (정 완상, 자음과 모음)
파이온에서 힉스 입자까지-가속기에서 발견된 입자들 (이 강영, 살림)
물리학이란 무엇인가 (도모나가 신이치로, 사이언스북스)
끝없는 공간이동 (김 태일, 동아사이언스)
Basic고교생을 위한 물리 용어 사전 (신 근섭, 신원 문화사)
네이버 캐스트 ,[다큐 사이언스]입자가속기, 정광훈
http://navercast.naver.com/contents.nhn?rid=57&contents_id=7560

사진 출처
사이클로트론<출처: (CC)Marcin Białek at Wikipedia.org>
로렌스가 개발한 최초의 사이클로트론. <출처: lbl.gov>
유럽원자핵공동연구소의 거대강입자충돌가속기(LHC) <출처: nasa.gov>
1
탐구결과
실험1:진입 속력 출력 속력 비교
-진입속력에 변화를 주는 경우
실험1 (변인)
변인1:구슬의 크기에 따른 출력속도 비교
에너지 보존 법칙을 따르지 않는것 같은데
이것으로 오랫동안 회전할수 있는 발전기를
만들 수도 있지 않을까?
강한 자석을 사용했때 중간크기(2.5g)의 구슬을 사용할 경우 구슬이 가장 높은 출력속력을 보인다. 큰 구슬을 사용할 경우 무게로 인하여 생긴 마찰 때문에 예상보다 낮은 출력속력을 보였다. 작은 구슬을 사용할 경우 진입속력을 동일하게 할 때 적은 에너지를 요구하여 낮은 운동에너지를 필요로 하게 된다.
변인2:자석의 세기에 따른 출력속도 비교
우리는(사진에 쓰여있는식)위 식에 따르면 우리의 변인은 Δt이기때문에 전압은(전류실험이 아니라 전압임)속력이 클 수록 높게나온다는 예상을했다.이 그래프는 우리 실험결과에 따른 그래프이다 우리의 실험은 그래프처럼 속력이 낮을수록 높고 높을수록 낮게 나와 반비례 그래프가 나왔다. 또한 이 변인뿐아니라 자석의세기, 쇠구슬의 질량, 코일 굵기, 코일감는 횟수 모두 변인을 주어 실험을 했지만 모두 하강하는 그래프가 나왔다. 우리의 실험은 유도기 전력의 값을 측정하는것이기 때문에 실험에 대한 오차는 없다. 하지만 우리가 코일을 감을때사용한 솔레노이드형식은 조사결과 다른 실험들에서도 오류의 원인이 되기도 하였다. 또한 led실험에서 전천히 흔들었을때에는 반짝였지만 빠른 속력으로 흔들었을때에는 반짝임이 없었다. 이것은 우리의 실험결과와 같은 결과이다 우리가 예측하는 또 다른 원인으로는 전압 측정기이다. 측정기는 초단위로 끊어서 측정이되지만 우리의 실험은 계속 연장되는 것이기 때문에 속력계가 측정을 순각적으로 하지 못했을 경우도 배제할 수 없다.
탐구동기
진입 속력이 빠를수록, 코일의 굵기가 굵을수록, 코일을 감는 횟수가 많을수록 전압값 증가
가우스 가속기
에너지 손실이 적고 쉽게 제작 가능
처음 쇠구슬에 가한 힘이 증가했는데도 왜 가속기를 지난후의 속력은 별로 변화하지 않는 걸까?
*탐구 1*
*탐구 2*
*탐구 1*
*탐구 2*
실험2 (진입속력과 전압값에 관한 관계)
탐구과정 2
[준비물: 속도계, 네오디뮴 자석, 쇠구슬, 우드락, 책상]

① 가우스 가속기를 제작.
② 속도계 2개를 일정하게 레일 위에 배치.
③ 구슬의 진입 속력을 일정하게 맞추고 속도계를 통해
출력 속력을 측정.
④ 실험을 반복하여 평균값을 측정.
⑤ 다른 변인을 주어 1~4의 실험을 반복.
■ 구슬의 크기에 변화를 주는 경우
■ 자석의 세기에 변화를 주는 경우
⑥실험결과 확인.
[준비물: 속도계, 네오디뮴 자석, 쇠구슬, 우드락,책상,전류/전압 측정기, 구리 코일, 원통]

① 가우스 가속기를 제작
② 코일을 감은 원통과 전류/전압측정기 연결.
③ 속도계와 원통을 레일 위에 배치한다.
④ 진입/출력속력에 따른 전류값 측정.
⑤ 다른 변인으로 1~4의 실험을 반복.
■ 진입 속력에 변화를 주는 경우
■ 코일의 두께에 변화를 주는 경우
■ 코일을 감는 횟수에 변화를 주는 경우
⑥ 실험결과 확인.
가우스 가속기의 원리

실험1
절대적 속도(출력속도의 비교)
진입속도가 낮은 구슬<진입속도가 높은 구슬
효율(출력속도/진입속도*100)
진입속력이 낮은 구슬(10000%이상) > 진입속력이 높은 구슬(150%)
이 실험에서 진입속력이 빠를수록 출력속력이 빠르다는 것과 진입속력이 느릴수록 효율이 높다는 것을 알 수 있다.
(V=-N·ΔI/Δt)
변인 = Δt / 자석의 세기 / 쇠구슬의 질량 / 코일의 굵기(감는 횟수)
→하강하는 그래프
큰구슬 (34g)을 사용할 경우 강한 자석 이용했을때 현저히 큰 출력속도를 보인다. 자석이 강할수록 구슬이 끌려가는 인력이 커져서 완전탄성충돌 운동에너지가 커진다.

진입 속력이 증가할수록 효율 하강
진입 속력이 증가할수록 출력 속력 증가
결론 2
실험2

'가우스 가속기에 대한 탐구'였습니다
실험1(진입속도와 가속계를 거친 구슬의 출력속도의 관계)에 의하면
실험2:출력속도와 유도기전력의 비교
진입 속력(출력속력) 에 변화를 주는 경우 자석의 속력이 빠를수록 그에 따른 전압은 증가한다.
코일의 두께에 변화를 주는 경우 또한 같은 추세를 보였다.
10111 송지현
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