전자기학 정의

전기자기력에 대한 좋은 정의는 다음과 같습니다 - 전기자기력은 전하를 가진 입자들 사이에서 발생하는 물리적 상호작용인 전자기력을 연구하는 물리학의 한 분야입니다. 전자기력은 전기장과 자기장으로 구성된 전자기장을 통해 전달되며, 빛과 같은 전자기 복사를 책임집니다.

누가 전기자기력을 발견했나요?

1820년 덴마크의 물리학자 한스 크리스티안 오르스테드는 전류가 흐르는 도체 근처에 나침반을 가져다 대면 나침반의 바늘이 휘어짐을 발견했습니다. 전류가 멈추면 나침반의 바늘은 원래 위치로 돌아갔습니다. 이 중요한 발견은 전기와 자기 사이의 관계를 보여주었으며, 이를 통해 전자석과 현대 산업의 기반이 된 많은 발명품이 탄생하게 되었습니다.

오르스테드는 전자가 흐르는 도체와 관련이 없는 자기장이 있음을 발견했습니다. 왜냐하면 도체는 비자성 구리를 사용했기 때문입니다. 도체를 통과하는 전자는 도체 주변에 자기장을 생성합니다. 전하를 가진 입자 주변에는 자기장이 동반되므로, 전류가 클수록 자기장도 강해집니다. 그림 1은 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장을 보여줍니다. 도체 주변에 일련의 동심원이 자기장을 나타내며, 모든 선이 표시되면 더 이상 연속적인 원통형의 원 모양으로 보일 것입니다.

그림 1 - 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장

도체를 통과하는 전류가 계속될 때까지 힘의 선들은 도체 주변에 남아 있습니다. [그림 10-26] 도체를 통과하는 전류가 적으면 A 원에 힘의 선이 나타납니다. 전류가 증가하면 B 원까지 힘의 선이 확장되고, 전류가 더욱 증가하면 C 원까지 확장됩니다. A 원에서 B 원으로 원이 확장될 때마다 새로운 힘의 선이 A 원에 나타납니다. 전류가 증가할수록 원의 수가 증가하여 외부의 원들이 도체 표면에서 더 멀리 떨어져 확장됩니다.

그림 2 - 전류가 증가함에 따라 자기장의 확장

전류가 일정한 직류라면 자기장은 고정됩니다. 전류가 멈추면 자기장은 붕괴되고 도체 주변의 자성은 사라집니다.

나침반 바늘은 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장 방향을 시연하는 데 사용됩니다. 그림 3 View A는 나침반 바늘이 전류가 흐르는 도체로부터 약 1인치 거리에 직각으로 위치한 모습을 보여줍니다. 전류가 흐르지 않으면 나침반 바늘의 북쪽을 향하는 끝은 지구의 자기극을 향합니다. 전류가 흐르면 바늘은 도체로부터 반경을 그리는 선과 직각으로 정렬됩니다. 나침반 바늘은 작은 자석이므로, 금속 내부에서 남쪽에서 북쪽으로 힘의 선이 퍼져 있으므로, 도체 주변의 힘의 선 방향과 일치하도록 회전합니다. 나침반 바늘을 도체 주변으로 움직이면, 도체와 직각으로 유지되며, 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장이 원형임을 나타냅니다. 그림 3의 View B에서 도체를 통과하는 전류 방향이 반전되면, 나침반 바늘은 반대 방향을 가리키며, 자기장이 방향을 바꾸었다는 것을 나타냅니다.

그림 3 - 전류가 흐르는 도체 주변의 자기장

전류 방향이 알려진 경우 자기장의 방향을 결정하는 방법은 그림 4에 표시되어 있습니다. 만약 도체를 왼손으로 잡고 엄지가 전류 방향을 가리킨다면, 손가락은 자기장의 선과 동일한 방향으로 도체 주변을 감싸게 됩니다. 이를 왼손 법칙이라고 합니다.