Ⅰ. 전기와 자기

4. 자기장

(1) 자기장의 세기          맨위로

[1]자석과 쿨롱의 법칙

① 자석의 성질

-철편 및 철가루를 흡인하는 작용은 자석의 양끝에서 가장 강하다.
-항상 두 종류의 극성이 있고, 두 자극이 가지는 자기량은 같다.
-막대자석의 N(+)극은 북쪽, S(-)극은 남쪽을 가리킨다.
-같은 극성의 자석은 반발력, 다른 극성은 흡인력이 작용한다.
-자석을 잘게 부수어도 언제나 N극과 S극이 존재한다.

② 자극의 세기 : 자극의 자기량의 많고 적음을 나타내는 것. 기호는 m, 단위는 웨버[Wb].

③ 쿨롱의 법칙 : 자기력의 크기는 두 자극의 세기의 곱에 비례하고 자극간의 거리의 제곱에 반비례한다.

여기서, F:두 자극 사이에 작용하는 힘[N]. k:비례상수(k=1/(4πμ₀)). r:두 자극 사이의 거리[m]. m₁,m₂:자하[Wb]. μ₀:진공의 투자율(μ₀=4π×10^-7[H/m]), μ_R:비투자율[단위없음]

[2]자기장

① 자기장의 세기 : 자기장 중의 어느 점에 단위점 자하(+1[Wb])를 놓고 이 자하에 작용하는 자력의 방향을 그 점에서의 자기장의 방향으로 하고 자력의 크기를 그 점에서의 자기장의 크기로 한다.

여기서, H:자기장의 세기[A/m]. μ₀:진공의 투자율(μ₀=4π×10^-7[H/m]), μ_R:비투자율[단위없음]. r:거리[m]. m:자하[Wb]

② 자기력 : 자석이 철편등을 끌어당기는 힘. 자기에 작용하는 힘. F=mH[N]

③ 자기장 : 자극에 대하여 자력이 작용하는 공간.

④ 자기력선 : 자기장의 크기와 방향을 표시하는 가상의 선

⑤ 자기력선의 성질 : 자석의 N극에서 시작하여 S극에서 끝난다. 서로 교차하지 않는다.

[3]자기유도

① 자속 : 자극에서 나오는 전체의 자기력선의 수. 기호는 Φ, 단위는 [Wb]


② 자속 밀도 : 자속의 방향에 수직인 단위면적 1[㎡]를 통과하는 자속 수.

③ 자속 밀도와 자기장 :

④ 자기 유도 : 자석의 N극을 철편에 가까이 하면 철편의 자극 가까운 곳에는 S극, 먼 쪽에는 N극이 나타나서 자석의 N극과 철편의 S극 사이에 쿨롱의 법칙에 따른 자기력이 작용하는 현상.

⑤ 자성체의 종류 : 상자성체(알루미늄, 백금, 텅스텐), 반자성체(금, 은, 구리, 아연, 유황), 강자성체(철, 니켈, 코발트, 망간)

⑥ 자화의 세기 : 단위 면적당 자극의 세기.

⑦ 자화선 : 자석내부의 자화상태, 즉 자화의 세기를 표시하는 자력선.

(2) 전류에 의한 자기장            맨위로

① 전류의 방향 :

② 앙페르의 오른나사의 법칙 : 전류에 의한 자기장의 방향을 결정하는 법칙


-전류의 방향 : 오른 나사의 진행방향
-자기장의 방향 : 오른나사의 회전방향

③ 비오-사바르의 법칙 : 전류에 의해 발생되는 자기장의 크기를 결정하는 법칙.
 

-
-자기장 ΔH의 방향은 앙페르의 오른 나사의 법칙에 따른다.

(3) 자기회로               맨위로

[1]기자력과 자기저항

① 환상 코일에 의한 자기장의 세기 : H=NI/l[AT/m]

여기서, H:자기장의 세기[AT/m], l:자로의 길이[m], N:코일의 권수, I:전류[A]

② 자기회로의 옴의 법칙 : 자기회로를 통하는 자속 Φ[Wb]는 NI[AT]에 비례하고 자기저항 R[AT/Wb]에 반비례한다.

③ 기자력 : 자속을 발생시키는 원동력. F=NI[AT]

④ 자기저항 : 자기회로에서 전류의 흐름을 방해하는 것.
 

(4) 자기장의 계산               맨위로

[1]솔레노이드에 의한 자기장

① 솔레노이드 : 도체에 코일을 일정하게 감아놓은 것.

② 직선형 솔레노이드에 의한 자기장 : 내부 자기장은 어느 방향으로나 크기가 같은 평등자기장이고 측면에는 자기장을 발생시키지 않는다.

③ 환상 솔레노이드에 의한 자기장 : 내부에만 자기장이 발생시키고, 외부에는 자기장이 형성되지 않는다.

 

[2]앙페르의 주회적분의 법칙

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