8. 도체에 전류가 흐를 때 자기력의 크기와 방향에 대해 알아보자(2)

7. 도체에 작용하는 자기력의 크기와 방향에 대해 알아보자(2)

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1. 도체에 작용하는 자기력의 크기 이해
2. 외적으로 자기력 방향을 알 수 있다.
3. 두 도체가 있을 때 자기력의 방향 확인
(전자흡인력과 전자반발력)

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2. 외적으로 자기력 방향을 알 수 있다.

먼저 자기력의 방향을 알기 위해서는 '외적'을 알아야 한다.
외적은 간단히 말하면 회전이라고 보면 된다.
아래의 예시를 통해 외적을 통해 어떻게 자기력 방향을 알아낼지 익히고 가자.

(1) A X B = C (외적)

외적 자기력 방향

먼저 외적을 하려면 오른손을 들고 엄지 모양을 만들면 된다.
A벡터 외적 B벡터 이므로
①엄지 제외한 네 손가락이 향하는 방향이 A에서 B방향이여야 한다.
②그 상태로 엄지손가락을 들면 엄지손가락 방향이 힘의 방향인 C벡터이다.



(2) B X A = C (외적)

외적 자기력 방향

이때도 역시 외적을 하려면 오른손을 들고 엄지 모양을 만든다.
B벡터 외적 A벡터 이므로
①엄지 제외한 네손가락이 향하는 방향이 B에서 A방향이어야 한다.
②그 상태로 엄지손가락을 들면 엄지손가락 방향이 힘의 방향인 C벡터이다.

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3. 두 도체가 있을 때 자기력의 방향 확인

위에서 배운 외적으로 두 도체가 있을 때 자기력의 방향을 확인해보자.


(1) 두 도체에 흐르는 전류의 방향이 같은 경우

전류 같은 방향의 두 도체 A, B

① 먼저 A도체에 생기는 자기장을 표현했다. 자기장은 '암페어 오른나사 법칙'에 따라서 위와 같은 방향으로 A도체를 휘감듯이 생긴다.

A도체에 생기는 자기장, 암페어 오른나사 법칙

② 위에서 표현한 A도체의 보라색의 자기장 방향을 동그란점(●)과 엑스(X)로 표현했다. ●은 자기장이 우리가 보고 있는 모니터 바깥으로 나오는 방향이고, X는 자기장이 모니터 안쪽으로 들어가는 방향이다.

A도체의 자기장 방향 표시

③ 이번엔 A, B도체의 자기장 방향을 동시에 동그란점(●)과 엑스(X)로 표현했다. A,B도체 사이의 자기장은 서로 반대방향을 가리키므로 상쇄되어 없어진다.

A, B 도체 자기장 상쇄

④ 그러면 아래와 같은 자기장만 남게 된다.

A,B 도체에 남은 자기장

⑤ A도체에서 전류와 자기장을 외적 해보면 자기력 방향은 오른쪽이 된다. B도체에서 전류와 자기장을 외적해보면 자기력의 방향은 왼쪽이 된다. 이렇게 서로 끌어당기는 자기력을 '전자흡인력'이라고 한다. 간단히 '흡인력'이라고 부른다.

전류가 같은 방향일 때 전자흡인력 발생

(2) 두 도체에 흐르는 전류의 방향이 반대인 경우

A, B 두 도체에 흐르는 전류가 반대 방향

① A, B 두 도체에 흐르는 전류가 반대라고 해보자. 각각에 '암페어 오른나사 법칙'을 이용하면 자기장의 방향을 구할 수 있다. 이 경우에는 A,B 바깥쪽에 있는 자기장이 서로 반대방향이어서 상쇄되어 없어진다.

A,B 두 도체의 자기장 상쇄

② 그러면 아래와 같은 자기장만 남게 된다.

A,B 도체에 남은 자기장

③ A도체에서 전류와 자기장을 외적해보면 자기력 방향은 왼쪽이 된다. B도체에서 전류와 자기장을 외적해보면 자기력의 방향은 오른쪽이 된다. 이렇게 서로 밀어내는 자기력을 '전자반발력'이라고 한다. 간단히 '반발력'이라고 부른다.

전류가 반대방향일 때 전자반발력 발생