자기(Magnetism)

[알 아이]

 자기라는 말의 어원은 소아시아 지방의 마그네시아 지역이라는 데에서 유래한다. 이곳은 지구상에서 자철광이 발견된 곳 중의 하나이다. 우리가 흔히 보는 막대자석이나 말굽자석은 이 자연자속(自然滋束)의 직계비속인 것이다. 또 하나의 자연자석의 예인 지구도 막대자석이나 말굽자석과 같이 하나의 자석이다. 철을 흡인하는 성질을 자성(磁性)이라과 하고 자성의 근원을 자기(磁氣)라고 한다. 자기를 가지고 있는 물체 즉, 자성을 가지고 있는 물체를 자석(磁石)이라고 한다.

 외르스테드의 법칙(Oersted's law)

전기학이라는 과학은 기원전 600년에 고대 그리이스(Greece)의 탈레스(Thaies)가 알아낸 관측을 그 기원으로 한다.

즉, 호박(amber)을 문지르면 지프라기 조각을 끌어당긴다는 것이었다. 자기학이라는 학문도 자연에 있는 돌, 자철광(Fe3O4)이 철을 끌어당긴다는 관측으로 거슬러 올라간다. 1820년까지는 이러한 두 과학은 아주 별 개의 학문으로 발전했는데 1820년에 외르스테드가 이 두 학문 사이에 연관이 있다는 관측을 하였다. 도선에 전류가 흐르게 하고, 도선 가까운 곳에 철분을 놓으면 도선에 철분이 달라붙고, 스위치를 열어서 전류를 차단시키면 철분이 떨어지는 현상을 발견하였다.

이 실험에서 전류는 자력을 발생시키고 있다는 것을 알 수 있었으며 이러한 현상을 전류의 자기작용이라 한다. 전자가 이동하면 즉, 전류가 흐르면 도선을 중심으로 하여 회전하는 자력선이 생긴다. 이 때 같은 크기의 전류가 흐르는 도선에는 어느 점이나 똑같은 크기의 자력선을 내놓는다. 또 도선을 놓고 전류를 흘리면서 도선 주위에 철분을 뿌려보면 철분은 도선을 중심으로 하여 전류와 직각방향으로 원을 그린다. 여기에 자침을 접근시키면 자침은 일정한 방향을 가리키고 정지한다. 그러나 전류의 방향을 바꾸면 자침의 방향도 바뀐다. 이상의 실험에 의하면 전류의 방향과 자력선의 방향은 항상 일정한 관계가 있음을 알 수 있다.

외르스테드의 이러한 발견은 물리학사상 획기적인 일이 되었다. 그 이유는 이 실험이 최초로 전기의 과학(도선내의 전류)과 자기의 과학(자침의 편향) 사이에 실험적으로 연관성이 있다는 사실을 입증한 것이기 때문이다.

전류에 의해서 나오는 자력선은 오른손 법칙에 의해서 언제나 오른나사가 돌아가는 방향으로 전류가 흐르면 오른나사가 들어가는 방향으로 발생되어 나온다.   

 페러데이의 법칙(Faraday's law) 

도선에 전류가 흐르면 가까이 있는 철분이 달라붙는다고 하였다. 즉, 변화하는 전하가 있으면 자장이 발생 되는 것이다. 그렇다면 반대로 변화하는 자장은 전류를 발생시킬 수가 업을까? 외르스테드의 법칙이 발견된 지 11년후인 1831년 영국의 페러데이에 의하여 실험이 증명되었다.

자석이 정지하여 있으면 도선에는 전류가 흐르지 않는다. 그러나 자석이 움직이면 도선에 전류가 유도된다. 즉, 자력선이 도체를 횡단하며 움직일 때는 도체 내에 전장이 생긴다는 것이다. 이와같이 외르스테드의 전류자기작용과 페러데이의 전기유도법칙에 의하여 전장과 자장은 밀접한 관계가 있다는 것을 알게 되었다.

[[UTOPIA]박규현]

외르스테드.. 중학교 과학 교과서에 나오는 내용이네요. 그의 오른나사법칙덕에 전기공부가 쉬웠는데.. ㅎㅎ 페러데이. 헨리와 더불어 전기유도법칙으로 유명한 사람중 하나죠. 패러데이는 그의 이름을 딴 단위가 있는데.. 외르스테드랑 헨리는 있었던가..?

[알 아이]

전자유도에서 전자유도에 의해서 발생된 유도 기전력(induced electromotive force, emf)의 크기는 Faraday의 법칙, 방향은 Lenz의 법칙에 의하고 전자유도에 의한 Faraday 법칙 : 전자유도에 의하여 회로에 발생된 유도 기전력은 이 회로와 쇄교하는 자속의 증감에 비례한다. 렌즈의 법칙 :유도 기전력의 방향은 그 유도 전류(induced current)가 만든 자속이 항상 원래의 자속의 증감을 방해하는 방향이다. 전기회로에서 1개의 코일에 흐르는 전류의 변화에 따라서 자속이 변화하고 그 자속의 변화가 다른 코일을 쇄교함으로써 그 코일에 유도 기전력이 발생하는 현상을 상호유도(mutual induction)라고 한다.

[알 아이]

상호유도에 의해 2차 코일에 유도되는 기전력의 방향은 자속의 변화를 방해하는 방향, 즉 1차 전류의 변화를 방해하는 방향이다. e2 = M dI1/dt[V]가 된다. 비례상수 M를 상호 인덕턴스(mutual inductance)라 하고, 단위는 헨리(Henry, 기호 H)를 사용한다. M = N2*[Wb]/I[H]

[알 아이]

코일에 흐르는 전류가 변화할 때, 자신의 코일에 유도 기전력이 발생하는 현상을 자체 유도(self-induction)라고 하고 자체 유도 기전력의 크기는 시간에 대한 자속의 변화율, 즉 시간에 대한 전류 변화율에 비례한다. 여기서 자속의 변화는 전류의 변화에 비례하므로 비례상수 L을 사용하면 e = L di/dt 가 된다. 비례상수 L은 코일의 크기와 모양에 따라 다르며, 이것을 자체 인덕턴스(self-inductance)라 하고 단위는 헨리(Henry, 기호는 H)를 사용. 1[H]는 1[sec]동안에 1[A]의 전류가 변화하여 1[V]의 기전력이 발생하는 코일의 인덕턴스를 말한다. 코일에 I[A]가 흘러 [Wb]의 자속이 생겼다면 N*[Wb]=LI, L = N*[Wb]/I[H]

[[UTOPIA]박규현]

흠냐... 어렵네요 0ㅅ0;;

[알 아이]

고 2 물리에서 기초적으로 접하게 될 내용일걸? 규현인 고 1 올라가니까...

[박규현]

저번 물리시간에 자기장이랑 유도기전력에대해 맛을 봤는데 나름 괜찮더군요 ㅎㅎ 웨버의 정확한 의미도 꼭꼭 심었고

[박규현]

하지만 아직 갈길이 험하니...;;

[알 아이]

내가 괜한 걸 써 놓은 건 아닌가 모르겠네.