Magnetic Field   자계, 자기장, 자장, 자계 강도, 자기장 세기, 자계 세기

1. 자계 / 자기장 (Magnetic Field) 

  ㅇ 자극의 작용이 미치는 공간(界) (자석 또는 전류가 힘을 미치거나 받는 공간)
     - 텅 빈 공간에 자하를 가져오면, 그 공간은 `자기력 장을 갖는 공간`으로 성질이 바뀜

  ㅇ 자계의 발생
     - 다양한 전류 분포 또는 자석(Magnet)에 의해 발생

  ㅇ 자계의 표현
     - 자계의 힘을 나타내는 가상의 자기력선에 의해 표현

      


2. 자계/자기장의 원천

  ※ 자계와 그 원천과의 관계는, 전계와 그 원천과의 관계 보다는 복잡함

  ㅇ 정적 자계 (Static Magnetic Field) 원천
     - 전류(움직이는 전하) 또는 영구자석
        . 독립된 전하에 의해 발생되는 전계와는 달리, 
        . 사실상, 자계는 독립된 원천 즉 자하는 없음 (전하 흐름인 전류 분포로부터 발생됨)

        . 물질 내 자성(磁性)/자기(磁氣)의 근원
           .. 원자 내 전자의 궤도운동 및 전자 자신의 본성에 기인함 (원자 자기 모멘트)

     - 시변 전기장도 자기장을 만듬 (변위전류)

  ㅇ 시변 자계 (Time-varing Magnetic Field)
     - 시변 자계 내에 적절한 폐회로가 있으면, 이를통해 전류가 흐름 => 기전력 (패러데이법칙)
     - 전자기파 생성/전파의 일부분 (맥스웰 방정식)
        . 시변 자계는 시변 전계를 일으키며, 전자기파의 전파(傳播) 현상의 일부분
        . 시변 전계 및 시변 자계는 원인-결과를 이루며 서로 직각으로 상호 생성관계를 갖음

 
3. 자기장/자계의 세기 또는 강도 (Magnetic Field Strength/Intensity) : H

  ㅇ (의미)
     - 어느 지점에서 자기유도(자속밀도) B를 생성시키기 위해,
       이에 필요한 자석(자화 물체) 또는 전류의 능력

  ㅇ (비교)
     - 정전기장은, 하나의 정전하에 의해 시험 단위 전하가 받는 힘에 의해 정의됨 (쿨롱의 법칙)
     - 정자기장은, 여러 다른 형태의 힘으로부터 정의될 수 있음
        . 자석과 자석 간, 두 전류 도선 간, 자석과 전류 도선 간 등에 작용하는 자기력
           .. 例) 두 도선의 전류 방향이 같으면, 서로 끌어당기고, 다르면 서로 밀침

     * 사실상, 전기 및 자기가 서로 관련성이 있음 (1820년, 덴마크 과학자 Oersted가 발견)
        . 즉, 도선에 흐르는 전류는 그 주위에 자계를 만듬

  ㅇ (명칭)
     - 자기장 세기(Magnetic Field Strength)/자화력(Magnetization Force Strength) 등
        . 때로는, 그냥 자계/자기장 이라고도 함

  ㅇ (단위) 자기장 세기 H의 단위       ☞ 자기 단위 참조
     - MKS 단위계 : [A/m]
     - CGS 단위계 : [Oe (Oersted)]


4. 자계/자기장 세기를 구하는 주요 법칙 

  ㅇ 비오-사바르 법칙  : 전류에 의해 발생되는 주변 자기장과의 관계를 나타내는 법칙

  ㅇ 암페어의 주회법칙 : 대칭성 있는 전류의 자기작용에 대해 비오-사바르 법칙 보다
                          그 양적 관계를 쉽게 구할 수 있는 법칙


5. 자계/자기장 세기의 측정 방법

  ※ 주로, 자기장 내 움직이는 입자 또는 전류가 흐르는 도선이 받는 자기력으로부터 측정
     - 즉, 자기장은 움직이는 전하에 의해서 만 생성되고, 움직이는 전하에게 만 작용함

  ㅇ 자기유도되는 량을 이용한 측정 방법
     - 탄동 검류계 (Ballistic Galvanometer) : 가동 코일이 받는 힘(토크)에 의해 측정
        . 값이 알려진 자기 모멘트를 갖는 토크를 측정하여 자기장 세기를 측정
     - 자속계 (Flux Meter) : 전자기 유도 현상에 의한 측정 방법
        . 탐색 코일이 자속에 의해 유기되는 전압(유도 기전력)을 측정하여 자기장 세기를 측정

  ㅇ 자기장 하에서 재료가 반응하는 효과에 의한 방법
     - 홀 효과 : 자기장 내 재료 내부 유동 전하가 받은 힘에 의해 유기된 전압 등을 이용
     - 자기저항 효과 : 자기장에 따라 재료의 전기적 저항이 변하는 현상을 이용

  ㅇ 핵 자기공명 현상에 의한 방법 등

  ㅇ 자기장 세기의 측정계 구분
     - 작은 자기장 세기의 측정 (< 1 mT, Tesla) : Magnetometer (자력계)
        . 자력계 : 자기장 감지, 자기장의 세기,방향,플럭스(자속)와 같은 특성을 측정
     - 큰 자기장 세기의 측정 (> 1 mT, Tesla) : Gaussmeter (가우스 미터)


6. 자계/자기장의 응용

  ㅇ 주로, 기계에너지 - 전기에너지 간의 변환에 많이 응용됨  ☞ 전기기기 참조