개념 한 쪽
보자력(Hc)은 잔류자기를 없애기 위해 반대 방향으로 걸어 주어야 하는 자계의 세기로, 히스테리시스 곡선이 가로축(H축)을 만나는 점이다. 문항의 절반은 「전자석 재료 vs 영구자석 재료」의 잔류자속밀도·보자력 조합 고르기고, 나머지는 곡선 위 점의 뜻과 연철의 성질이다. 전자석은 Br 크고 Hc 작음, 영구자석은 둘 다 큼 — 이 두 줄이면 전부 풀린다.
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출제기준 단원 「보자력」의 공개 문제 7개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 전자석 재료 조건 | 3 | Br 크고 Hc 작음 고르기 |
| 영구자석 재료 조건 | 2 | Br·Hc 모두 큼 고르기 |
| 곡선 교점·연철 성질 | 2 | H축 교점=보자력, 연철의 작은 면적 |
가장 자주 묻는 것은 전자석 재료 조건입니다.
전자석은 전류를 끊는 순간 자성이 사라져야 하므로 보자력이 작은 재료를 쓴다. 철심(연철)에 요구되는 조건은 잔류자기(잔류자속밀도 Br)는 크고 보자력(Hc)은 작은 것 — 동시에 히스테리시스 곡선의 면적(히스테리시스손)도 작아야 전력 손실이 줄어든다. 「잔류자기와 보자력이 모두 작아야 한다」는 보기가 자주 등장하지만, 강한 자기를 얻기 위한 Br의 크 조건을 빠뜨린 오답이다.
영구자석은 한번 자화된 자석이 오래 유지되어야 하므로 잔류자속밀도와 보자력이 모두 커야 한다. 히스테리시스 루프가 두껍고 면적이 넓은 경철(경자성 재료)이 여기에 쓰인다. 「Br은 크지만 Hc는 0이어야 한다」 같은 극단적 보기도 오답으로 섞인다.
히스테리시스 곡선에서 두 교점의 뜻을 구분한다 — 세로축(B축)과 만나는 점은 자계를 0으로 돌렸을 때 남는 잔류자속밀도 Br, 가로축(H축)과 만나는 점은 남은 자기를 지우려고 거꾸로 걸어 주는 자계의 크기인 보자력 Hc다. 「횡축과 만나는 점」을 물으면 답은 보자력이다.
전자석·연철: Br 크고 Hc 작음, 히스테리시스 면적도 작음(전류를 끊으면 자성 소실). 영구자석·경철: Br·Hc 모두 큼(루프 면적 넓음). 곡선 교점: B축 = 잔류자속밀도, H축 = 보자력.
전자석의 재료로 가장 적당한 것은?
정답 ④ · 전자석은 강한 자기장을 걸어 자화시킨 뒤 전류를 끊으면 자성이 즉시 사라져야 하므로, 잔류자기(잔류 자속밀도)는 크고 보자력(항자력)은 작아야 한다. 반대로 영구자석은 잔류자기와 보자력이 모두 커야 한다.
전자석 재료는 잔류자기는 크고 보자력은 작아야 하며, 영구자석은 둘 다 커야 한다.
영구자석의 재료로 사용되는 철에 요구되는 사항으로 옳은 것은?
정답 ② · 영구자석은 외부 자계를 제거해도 자성을 계속 유지해야 하므로 잔류자속밀도(잔류자기, )와 보자력() 모두 커야 한다. 즉 히스테리시스 루프의 면적이 넓고 두꺼운 재료가 적합하다.
영구자석 재료는 잔류자속밀도(Br)와 보자력(Hc)이 모두 커야 자성을 오래 유지한다.
전자석에 사용하는 연철(soft iron)은 다음 어느 성질을 갖는가?
정답 ④ · 전자석의 철심으로는 연철(soft iron)을 사용하는데, 연철은 보자력(coercive force)이 작아 전류를 끊으면 자성이 쉽게 사라지고, 히스테리시스 곡선의 면적(=히스테리시스 손실)도 작아 전력 손실이 적습니다. 반면 영구자석에는 보자력과 잔류자기가 모두 큰 경철(hard iron, 강자성 합금)을 사용합니다.
전자석용 연철은 보자력과 히스테리시스 곡선 면적(손실)이 모두 작은 재료다.
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