로런츠 힘 - 전기장과 자기장의 순환의 힘

[스토리]

로런츠 힘 - 전기장과 자기장의 순환의 힘

로런츠의 힘(Lorentz force)이란 전류가 흐르는 도선 주위에 자기장이 있을때 도선이 받게 되는 힘입니다. 여기서 도선은 눈에 보이는 선이지만, 도선 주위에 이동하며 보이지않게 존재하는 작은 하전된 입자(보통 자유전자)라고 봐도 무방합니다.

<그림출처 : ​Lorentz force - 위키백과>

전하가 어떤 성분을 가지는지 모르는 입자를 자기장에 입사시키면 그 입자의 전하 성분을 알 수 있는데, 만약 자기장(B)이 ⊙처럼 위로 올라오는 상황(전기장과 자기장이 수직일때 로렌츠의 힘을 최대로 받을 수 있음)이라면 ​q<0 음성입자는 좌회전, q=0 중성입자는 직진, q>0 양성입자는 우회전 합니다. 음성입자와 양성입자는 로렌츠의 힘을 받아 좌회전과 우회전을 하며, 중성입자는 로렌츠의 힘을 받지 않고 직진합니다.

전기장과 자기장내에서 로렌츠의 힘을 받는 입자는 일을 하지 않고(에너지 변화없이) 방향만 바뀝니다. ​즉, 본래의 로렌츠의 힘은 에너지 변화없이 방향만 바뀌는 역할을 하지만, 외부적인 요소 즉, 대전된 입자의 전하량(q), 속력(v), 자기장의 세기(B)에 비례하여 로렌츠의 힘은 그 크기(세기)에 따라 결정됩니다.

■ 로렌츠의 힘을 나타내는 3가지 공식

F = qvB : 대전입자의 운동방향과 자기장의 방향이 수직일때. 이때 로렌츠 힘은 최대​.

F = qvB(sin​θ) : 대전입자가 비스듬히 각을 이루며 로렌츠의 힘을 받을때.

F = 0 : 대전입자의 운동방향과 자기장의 방향이 같을때. 로렌츠 힘은 없고 받지도 않음.​

로런츠의 힘은 전류와 반대방향으로 움직이는 자유전자가 받는 힘입니다. 즉, -전하가 받는 힘입니다. 따라서 자기장 속에 놓인 도선은 전류와 반대방향으로 운동하는 자유전자가 힘을 받아 로렌츠의 힘이 나옵니다.

전류가 직진을 하고 있다면 전류와 같은 전하인 + 입자는 직진하겠지만, 전류가 아닌 + 입자가 로런츠의 힘을 받으면 위와 같은 방향을 휩니다.

<코일 뿐만아니라 축전기에서도 +와 -가 교류하면서 전/자기장의 전자기파가 발생. 축전기에서 전류의 이동이 아닌 전기장 자체의 변화라하여 변위전류라고도 함>​

전기장과 자기장이 서로 존재해야 로렌츠의 힘도 나타나므로, 보통 로렌츠의 힘을 전기장과 자기장을 ​매개(연결)하는 힘이라고 말하기도 합니다. 로렌츠의 힘은 구심력과 같으므로 서로 변화하는 전기장과 자기장이 흐트러지지않게 연결합니다.

<太極 四象의 循環>​

​"신이 왼손잡이라니!" - 볼프강 파울리

신은 양손잡이 이지만, 자연 발생적인 힘 즉, 암수(+,-)를 구분하지 않으면 자유전자(-,음성)의 팽창하는 힘에 의해 언제나 좌회전하는 현상이 우세하게 됩니다. ​

​<관련자료 : 로런츠 힘의 방향과 이동>