[맥가이샘 님의 질문을 읽고] 페라이트 코어에 자석을 대면 왜? 인덕턴스가 낮아지나?

[캡짱]

카페 글을 검색하다가 예전에 맥가이샘 님이 올리셨던 질문을 보게 되었습니다.

페라이트 코어에 자석을 대면 왜? 인덕턴스가 낮아지나?

이 문제에 대해서 여러 분들이 댓글을 달아주셨습니다만,

초보인 제가 이해하기는 좀 힘들었습니다.

그래서 제가 이해하고 있는 방식으로 설명을 한번 해 보려고 합니다.

이 문제를 쉽게 이해하려면

전기와 자기가 어떤 원리로 작동하고 있는지를 양자론 적으로 이해해야합니다.

이건  제가 대충 그린 그림입니다.

사실은 원자 한개에 전자 한개는 수소원자이지만 그리기가 힘들어서 이렇게 그렸습니다.

이걸 페라이트 철심의 내부라고 가정하고 생각을 해 보죠.

원자의 핵은 +를 띠고 그 주변을 -의 성질의 전자가 돌고 있습니다.

(그리고 공백으로 남겨진 하얀 부분을 전부 양자가 채우고 있다고 가정합니다.)

이 상태에서는 각 원자의 주변을 도는 전자들은 제각각의 방향으로 돕니다.

엄밀히 말해서 제각각은 아니죠.

평상시 전자는 핵의 주변을 공전하면서 주변의 양자들을 휘저어서

소용돌이 형태의 자기장을 형성하고 있습니다.

그러나 여러 전자들이

정확히 자기평형을 이루는 방향으로 각자 돌고 있기 때문에 

전체 페라이트는 자성을 띠지 않습니다.

그러나 주변에 코일을 감고 전류를 통해주면 어떤 현상이 일어날까요?

페라이트 코일 안에서는 이런 현상이 일어납니다.

페라이트 철 원자 주변을 돌고 있는 전자들은 한 쪽 방향으로 정렬을 하게 되고,

그 전자들의 회전은 주변의 양자들을 한쪽으로 밀어내고,

그 양자들의 흐름이 바로 자기력을 만들어 냅니다.

(그림이 좀 틀렸을지도 모르지만 개념을 이해하는 데에는 지장이 없을 것입니다.)

즉, 평상시에도 전자들은 원자의 핵 주변을 돌면서 양자의 소용돌이를 만들어 내지만(자기력 발생)

방향이 제각각이기 때문에 전체적으로는 자기력을 띠지 않는 것처럼 보이는 것이죠.

그러다가 코일이 주변의 양자의 흐름을 한 방향으로 밀어주면,

그때에 모든 전자들은 한 방향으로 정렬하면서

자기장의 방향을 일치시키고,

그건 전체의 페라이트 코어를 자석으로 만듭니다.

이과정이 바로 코일의 인덕턴스를 높이는 역할을 합니다.

즉 페라이트 철심에서는 코일에 전류를 통해줄 때 만이

내부의 전자들이 한 방향으로 정렬하는 현상을 보이고,

전류가 끊어지면 다시 원래대로 돌아가는

마치 전자석과 같은 행동을 하는 것입니다.

그렇기 때문에 교류로 방향이 바뀌는 주파수의 특성상

한번 반대편으로 정렬했던 전자를 또다시 원위치 시켰다가

또 다시 반대편으로 정렬시키려면 저항이 있을 수 밖에 없겠죠?

이 저항이 바로 페라이트 코어가 하는 역할이죠.

이 저항 때문에 페라이트 코어를 넣으면 인덕턴스 (코일저항)가 올라가게 되는 것입니다.

그런데 페라이트 코어에 자석을 대면?

어떻게 되나요?

이것은 페라이트 코어 내부의 전자들을 정렬시키고,

페라이트 코어를 영구자석화 시켜서

페라이트 코어가 해야할 저항을 없애버리는 결과가 되고,

이론적으로는 페라이트 코어가 없는 것과 같은 상태가 됩니다.(물론 아주 없는 것 보다는 낫겠지만요.)

제가 이해하기로는 이런 이유로

페라이트 코어에 자석을 댔을 때에 인덕턴스가 낮아지는 것으로 생각합니다.

[고바우(최수봉)]

원천적인 물리이론을 알면 써먹을때가 생겨요~~~~

[캡짱]

^^

[오리(成光鎭)]

설명을 쉽게 잘 해 주셔 뜬구름 같던 것을 이해하는데 많은 도움을 주셨네요.

[운영지기(金鎭會)]

캡장님 지기부터 초보도전식 거쳐야겠네요~ 깊으신 설명 넘 감사 드려요..

[캡짱]

1. 포화되지 않는 영역 이라는 표현이 이해가 안가서 패스. 2. 자화의 방향에 따른 영향은 이렇게 생각합니다. 한쪽 방향으로 양자를 밀어내고 있을 때, 맞 방향으로 코일이 자화되면, 저항 +1 이라고 가정(마치 자석의 같은 극을 대고 있는 것과 같죠.) 반대방향으로 코일이 자화되면, 가속 +1 이라고 가정 하면, 저항1과 가속 1을 합치면 전체적으로는 0이 될 거라고 가정할 수 있습니다.(이건 실험을 해 봐야하니깐 가정 할 수 밖에 없죠.) 결론적으로 자화의 방향과는 관계 없이 코일은 역방향일 때는 저항을 받고 , 순 방향일 때는 가속을 받아서 그 총량은 0이 될 것이라고 추정합니다.

[캡짱]

3. 페라이트에 자석을 대는 대신 그걸 코일로 대치해도 똑같은 현상이 일어날까? 라는 질문으로 보이고, 저는 그럴 것이라고 생각합니다.
물론 그 코일에는 직류 전기가 흘러야 겠죠?
4. 가포화 리액터 라는 것이 뭔지 몰라서 패스.^^

[캡짱]

4. 가포화 리액터 라는 것을 검색 해 봤더니, 지금 제가 말한 원리와 같은 원리로 움직이는 장치로 보입니다. 영구자석을 대는 것이나 전자석을 대는 것이나 양자를 n극을 통해 밀어 낸다는 것은 같기 때문에 차이가 없고, 가포화 리액터에서 전자석을 이용하는 이유는 입력전압을 조정해서 가변적인 콘트롤을 하려는 것으로 보입니다.
그러니깐 일종의 다이얼 같은 역할을 하게 하려고 영구자석이 아닌 전자석을 이용했다고 보여집니다.

[캡짱]

포화되지 않는 영역이라는 것은 페라이트가 100% 자화되지 않았다는 의미로 이해 하고 말씀 드리면, 히스테리시스 s자 곡선과 비슷한 곡선을 그리지 않을까요?
중간 부분이 급격히 변하고 양쪽 끝에서 변화가 적은 그 곡선 말이죠.

[맥가이샘(서임철)]

캡짱님 원리적인 부분을 잘 설명해주셔서 대단히 감사합니다. 대학때 제대로 공부를 안했던것이 후회가 되네요. 우연히 발견한 내용이었는데 한동안 잊고 있었군요. 다시금 일깨워주신 캡짱님 감사합니다.

[캡짱]

^^ 저도 님의 글을 읽으면서 이런 생각을 하게 되었습니다. 만일 님의 질문이 없었다면, 이쪽 부분에 대해서는 생각도 해 보지 않았겠죠.^^