전자기장 오른손법칙

전자기장

자석만이 자기장을 형성시키는 것은 아니다. 1820년, Hans Christian Oersted는 전선을 흐르는 전류가 근처 나침반의 방향을 변화시킨다는 것을 발견했다. 이것은 전류가 자기장을 발생시킨다는 사실의 발견이었다. Oersted 는 일자로 뻗은 전선 주위의 자기장의 특성을 연구했다. 그는 전선 주위의 자기장이 회전하는 형태로 존재하는 것과 자기장의 세기는 전선을 흐르는 전류의 양과 정비례한다는 것을 발견했다. 또한 자기장의 세기가 전선에서 가장 가까운 곳은 강하고 전류의 영향이 미치지 않는, 먼 곳으로 가면서 약해진다는 사실을 알아냈다. 대부분의 도체에서, 자기장은 오직 전류가 흐를 때, (전하가 움직일때) 존재한다. 그러나 강자성의 물체엔 전류가 자구를 가지런함하게 만들며, 잔류자기장이 남는다.

Oersted는 또한 자기장의 방향은 전류의 흐르는 방향과 연관되있다는 걸 알아냈다. 옆의 그림은 3차원 자기장의 예시이다. 도체 주위의 자기장의 방향을 기억하기 위한 간단한 법칙이 있다. 오른손의 법칙으로 불리우는 이 법칙은 도체를 오른손으로 쥐면 엄지손가락이 가리키는 방향이 전류의 방향이고, 손가락이 가리키는 방향이 자기장의 방향을 알려준다.

오른손 법칙의 주의점

오른손법칙을 사용할때, 꼭 기억해야할 점은 전류의 방향이다. 일반적인 관례로 전류는 양극에서 음극으로 흐른다. 이 관례는 양전류에서 양극은 음극으로 흐르는 전류의 법칙을 이론화한 Benjamin Franklin에 의해서 알려졌다. 그러나, 후에, 전류의 흐름을 위해선 음전하가 움직인다는 것이 발견되었다. 몇 백년의 이론과 법칙의 변화에도 Franklin의 법칙인 오늘날 여전히 사용된다.

코일에서의 자기장

도체내에 흐르는 전류가 코일내에 한개 또는 여러개의 고리모양을 형성할 때, 자기장은 고리의 중앙, 코일의 세로방향 그리고 고리나 코일 바깥 주위의 원형을 그리면서 형성한다. 각각의 전선고리를 도는 자기장은 다른 고리에서 형성된 자기장과 결합하여 코일 가운데 밑에 집중적으로 형성된다. 멀리 떨어진 간격으로 굽은 코일은 아래와 같이 상호작용적인 자기장의 모습을 보인다. 코일의 간격이 좁아질 때, 자기장은 필수적으로 코일 끝부분에 그 힘이 모여지게 된다.

코일 자기장의 강도는 전류가 증가할 때 뿐만 아니라, 코일을 감은 횟수가 증가될때도 세진다. 길고 쭉 뻗은 전선의 코일은 솔레노이드 코일이라고 부르는데, 이 솔레노이드는 막대 자석과 거의 비슷한 자기장을 생성하는데 사용된다. 코일 내부의 강력한 자기장은 강자성의 물체를 자화시켜 검사하는데 매우 유용하다. 코일 외부의 자기장은 약하고 강자성의 물체를 자화시키는 데 적합하지 않다.

자기 특성의 양적화

(자기장의 강도, 자속밀도, 전체자속 및 자화)

지금까지,단지 자기장의 질적 특징들만 배웠다. 그러나, 자성의 다양한 특성들을 양적으로 측정하고 표현하는 것도 필요하다. 안타깝게도, 아래와 같이 협정된 많은 단위들이 사용되어진다. SI 단위가 교제에서 사용되어질 것이다. SI 단위들의 장점은 이미 동의된 네가지 단위, 즉, 미터,킬로미터, 초, 암페어들로 측정될 수 있다는 것이다.

자기장의 강도H에 대한 단위는 암페어/미터이다. 1 암페어/미터의 자기장의 강도는 1미터 지름 갖는 하나의 원형 도체에 지속적인 1암페어전류가 흐를때, 그 중심에서 생산된 강도를 말한다.

자력 밀도 B는 특정 평면 공간을 빗변으로 잘랐을때 자기력선의 수이다. 유속 밀도 또는 자기 밀도는 테슬라로 그 단위를 나타낸다. 1 테슬라는 1 뉴튼(암페어/미터)와 동일하다. 이러한 단위로 부터, 유속밀도는 자기장에 속 한 부분에 대한 힘의 측정이다. 전자의 단위인 가우스는 자속 밀도의 CGS 단위이며, US에서 공통적으로 사용된다. 1 가우스는 유속의 흐름에 90도를 방향으로 1평방미터의 대기를 통과하는 한 가닥의 유속을 나타낸다.

한 물체의 전체 자기력선의 수는 자력유속 f로 나타낸다. 이 유속의 강도는 한 물체 내에 존재하는 자구의 수에 의해 결정된다. 전체 유속은 단순히 어떤 구간 너머에 존재하는 유속 밀도이다. 유속은 단순히 테슬라-미터제곱으로 표현되는 1weber 단위를 쓴다.

자화는 어떤 물체가 얼마만큼 자화되었는지 정도를 측정한다. 물체의 부피단위 당 양극의 자기모멘트의 측정인데, 자화는 자기장과 같은 단위인 암페어/미터를 사용한다. CGS 와 SI 자성 단위