전자력 : 자기장 내에서 도체가 받는 힘
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▣ 플레밍의 왼손 법칙
이 때 전류 · 자속·힘의 방향은 「#플레밍 의 왼손 법칙」에 의한다. 왼손의 엄지·검지·중지를 각각 직각이 되도록 펼 때, 엄지손가락이 힘의 방향, 검지가 자속의 방향, 중지가 전류의
방향을 나타낸다.
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2. 전류에 의한 자계의 발생
아래 그림과 같이 안쪽에서 앞으로 향하는 도체에 전류를 흘리면 전류를 중심으로 반시계 방향의 동심원 모양의 자계가
발생한다. 이 때 자속의 회전방향은 「오른나사의 법칙」에 따른다. 나사 끝을 향해 전류가 흐른다고 할 때 오른 나사를
잠그는 방향으로 #자계 가 발생한다.
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3. 자력선의 간섭
영구자석에서 발생한 자계와 #도체 의 전류가 형성한 자계가 상호작용을 하여 서로 영향을
미치게 된다. 두 자력선의 방향이 같을 때에는 자력선의 밀도가 높아져 자계의 세기가 커지
고 서로 반대 방향으로 향할 때는 자속이 상쇄되어 밀도가 낮아지고 자력도 약해진다.
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4. 전자력의 발생
자속의 #밀도 가 강한 곳(자계의 세기가 강한 곳)과 자속의 밀도가 낮은 곳 (자계의 세기가
약한 곳)이 아래 그림과 같이 발생한다. 이에 따라 도체는 자속밀도가 높은 곳에서 낮은 쪽
으로 힘이 작용하게 된다.
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5. 회전력의 발생
전자력은 다음 식으로 나타 낼 수 있다.
전자력 F = B (자속밀도) × I (전류) × ℓ (도체의 길이)
아래 그림과 같이 자계 속의 도체를 배치했을 때 도체에 발생하는 토크(회전력)은 다음 그림과 같다.
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토크 τ = MHsinθ = mHℓsinθ [N·m]
여기서 τ : #회전력 [N·m], M : #자기모멘트 [Wb·m], H : 자계의 세기 [AT/m]
m : #자극 의 세기 [Wb], ℓ : 자석의 길이 [m]
6. #평형도체 에 작용하는 힘
평행하는 도체에 전류를 흘리면 두 도체 상호간에 영향을 주게 된다. 평행하는 도체에 전류
가 흐르면 도체를 중심으로 동심원 모양의 자기장이 발생하여 상호작용을 하여 두 도선이
끌어 당기거나 밀어 내게 된다.
가. 도선 B가 받는 힘
아래 그림과 같이 두 도선간 거리를 r[m]라고 하고 도선 A, B에 같은 방향으로 전류가 흐른다고 가정하자.
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도선 A의 전류가 만드는 자계에 의해 도선 B가 받는 자계의 세기는 비오-사바르의 법칙에 의하여
다음과 같이 구할 수 있다.
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도선 B에서 도선길이 전체 ℓ에서 받는 전자력은 다음과 같다.
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2개의 도선이 평행하며 전선 A가 만드는 자기장과 도선B는 수직 상태이다.
따라서 sinθ = sin90° = 1이 되므로 전자력 F = μ I H ℓ [N]이 된다.
위식에 비오-사바르에 의한 자계의 세기를 대입하면 다음의 식이 된다.
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위 힘을 도선 B가 받게 된다. 이 때 1[m]당 받는 힘을 구하려면 ℓ=1를 대입하면 된다.
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전선 A가 받는 힘의 크기도 조건이 모두 같기 때문에 동일하다.
나. 힘의 방향
힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙에 따라 다음과 같이 정해진다.
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같은 방향으로 흐르는 전류의 도선은 서로 끌어 당기는 힘이 작용한다.
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하지만 전류가 서로 반대방향으로 흐르면 전류의 도선은 서로 밀어 내는 힘이 작용한다.
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왜 이런 현상이 발생할까 ?
전류가 같은 방향일 때는 두 도선 사이의 자기장의 방향이 반대방향이어서 서로 자계가
상쇄되어 자력선의 밀도가 작아지고 밀도가 큰 쪽에서 작은 쪽으로 힘이 작용하게 되어
서로 끌어 당기는 힘이 작용한다.
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#전류 의 방향이 다른 방향인 경우
두 도선 사이의 자기장의 방향이 같은 방향이어서 자기장이 합해져서 자력선의 밀도가
커지고 밀도가 큰 쪽에서 작은 쪽으로 힘이 작용하게 되어 서로 밀어내게 된다.
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3. 서로 같은 방향으로 전류가 흐르고 있는 나란한 두 도선 사이에는 어떤 힘이작용하는가 ? ②
① 서로 미는 힘 ② 서로 당기는 힘 ③ 하나는 밀고, 하나는 당기는 힘 ④ 회전하는 힘
[해설] 전류가 같은 방향 : 흡인력(당기는 힘), 전류가 다른 방향 : 반발력(미는 힘)
4. 자장과 전류 사이에 작용하는 전자력의 방향을 결정하는 법칙은 ? ②
① #플레밍 의 오른 손 법칙 ② 플레밍의 왼손 법칙
③ 렌츠의 법칙 ④ #페러데이 의 전자유도 법칙
[해설] 플레밍의 왼손법칙 : 자장과 전류 사이에 작용하는 전자력의 방향을 결정하는 법칙
※ 오발 : 오른손 발전기, 왼손 : 전동기
5. 플레밍의 왼손법칙에서 중지의 방향은 무엇의 방향인가 ? ③
① 힘 ② 자력선 ③ 전류 ④ 속도
[해설] 플레밍의 왼손 법칙 : 엄지- 힘의 방향, 검지 - 자계방향, 중지 - 전류방향
6. #자속밀도 0.8[Wb/㎡]인 평등자계내에 자계의 방향과 30°의 방향으로 놓여진 길이 10[㎝]의 도선에 5[A]의 전류가
통할 때 도체가 받는 힘 [N]은 ? ①
① 0.2 ② 0.4 ③ 2 ④ 4
[정답] 직선전류에 작용하는 힘 F = BIℓ sinθ = 0.8×5×0.1×sinθ = 0.2 [N]
7. 자극의 세기가 8×10-6[Wb], 길이가 50[㎝] 인 막대자석을 150[AT/m]의 평등자계내에 자계와 30°의 각도로 놓았다면
자석이 받는 #회전력 [N·m]은 ? ②
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