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

(2021-06-10)

Time-varing Magnetic Field, 시변 자계, 시변 자기장


1. 자계 / 자기장 (Magnetic Field) 자극의 작용이 미치는 공간(界) (자석 또는 전류을 미치거나 받는 공간)
     - 텅 빈 공간자하를 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 을 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)

        . 물질자성(磁性)/자기(磁氣)의 근원
           .. 원자전자궤도운동 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 전계시변 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 에 의해 정의됨 (쿨롱의 법칙)
     - 정자기장은, 여러 다른 형태의 으로부터 정의될 수 있음
        . 자석자석 간, 두 전류 도선 간, 자석전류 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 단위자기 단위 참조
     - MKS 단위계 : [A/m]
     - CGS 단위계 : [Oe (Oersted)]


4. 자계/자기장 세기를 구하는 주요 법칙 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 (토크)에 의해 측정
        . 값이 알려진 자기 모멘트를 갖는 토크측정하여 자기장 세기를 측정
     - 자속계 (Flux Meter) : 전자기 유도 현상에 의한 측정 방법
        . 탐색 코일자속에 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 에 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
     - 큰 자기장 세기의 측정 (> 1 mT, Tesla) : Gaussmeter (가우스 미터)


6. 자계/자기장의 응용

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

자성의 특성량
   1. 자계   2. 자속   3. 자속 밀도   4. 투자율, 자화율   5. 자화   6. 자기 쌍극자  
정자계 기초
   1. 자계   2. 자속   3. 자속 밀도   4. 자기 단위   5. 정전계 경계조건   6. 자속 쇄교  


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