2020. 9. 16. 23:28ㆍ전기공부/전자기학
6. 전류와 자기장의 관계
1. 전류란 무엇인가?
2. 전류가 발생하면 자기력이 발생한다.
(자기력이 영향을 미치는 공간 = 자기장)
3. 전류와 자기장의 관계
1. 전류란 무엇인가?
전하가 이동하면 그것이 곧 '전류'이다.
물질을 아주 작게 쪼개면 물질은 원자들로 이루어져 있고, 원자는 핵(중성자, 양성자)과 전자로 이루어져 있다.
보통 아무런 자극이 가해지지 않았을 때 원자는 중성 상태이다. (양성자와 전자의 개수가 같다.)
만약 외부에서 에너지가 가해져서 원자에서 전자가 하나 떨어져 나갔다고 생각해보자.
위처럼 전자가 하나 떨어져 나가면 원래의 원자는 전자(3개)보다 양성자(4개)의 개수가 많아져서 '양전하'가 된다.
또한 떨어져 나간 자유전자는 '음전하'가 된다.
중성상태가 아닌 '양전하' '음전하'는 전기적인 힘을 가지게 된다.
같은 극 (+,+) (-,-) 끼리는 밀어내는 척력이 작용하고 다른 극(+, -) 끼리는 서로 당기는 인력이 작용한다.
이런 전하가 이동하게 되면 그것이 곧 '전류'이다.
위처럼 원자에서 떨어져 나간 자유전자의 움직임만이 전류는 아니다.
커패시터 내부 유전체의 구속전자는 떨어져 나가지 않고 원자에 구속되어 있지만 이 구속전자의 움직임 또한 전류라고 볼 수 있다. 이때의 전류는 '변위전류'라고 부른다.
어떤 전자든 어떠한 공간에서 움직인다면 전류이다.
2. 전류가 발생하면 자기력이 발생한다.
(자기력이 영향을 미치는 공간 = 자기장)
전하가 움직이면 그것이 곧 '전류'인데, 전류 말고도 또 다른 힘이 발생한다.
그 힘이 '자기력'이다.
자기력이 영향을 미치는 공간이 '자기장'이다.
자기력의 존재를 가장 먼저 이야기했던 사람은
오스터드(Oersted)라는 덴마크 학자이다.
전류가 흐를 때 그 주변의 나침반이 돌아가는 걸 보고 자기력의 존재를 확인했다.
전류가 흐르면 주변에 어떤 다른 힘이 생겨나는 걸 확인한 것이다.
자기력의 존재를 알아낸 이후 이 힘을 써먹으려면 자기력의 크기를 계산할 줄 알아야 한다.
그래서 생겨난 법칙이 1. 비오샤바르 법칙과 2. 암페어 법칙이다.
간단하게 얘기해보면
1. '비오샤바르 법칙'은 모든 모양, 형상에서 전류가 흐를 때 주변 자기장의 세기를 구할 수 있는 거고
2. '암페어 법칙'은 일직선, 대칭 형태에서 전류가 흐를 때에만 자기장 세기를 구할 수 있는 거다.
'비오샤바르 법칙'이 더 복잡하지만 모든 형상에서의 자기장 세기를 구할 수 있기 때문에 학자들이 많이 쓴다.
3. 전류와 자기장의 관계
오스터드(Oersted)가 전류가 흐르면 자기장이 발생한다는 걸 확인했는데
그렇다면 자기장이 있으면 전류가 생길까에 대해서도 의문을 가져봐야 한다.
정답은 맞다.
전류가 생기면 자기장이 발생하고
자기장이 생기면 전류가 발생한다.
서로의 원인이자 결과이다.
전류가 있으면 무조건 자기장이 있고
자기장이 있으면 무조건 전류가 있다.
나타날 때도 같이 나타나고 사라질 때도 같이 사라진다.
주변에 전력기기가 있다면 그 주변에는 분명 자기장이 있다. 그리고 전류 또한 존재한다.
다만 전류와 자기장은 차원이 다르기 때문에 서로 더하고 빼고 곱하고 나눌 수는 없다.
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