선간전압이 66000V인 2개의 평행 왕복 도선에 10kA의 전류가 흐르고 있을 때 도선 1m 마다 작용하는 힘의 크기는 몇 N/m인가? (단, 도선 간의 간격은 1m이다.)
- 1
- 10
- 20
- 200
정답과 해설 보기
정답 ③ · 평행 왕복 도선(왕복 전류 크기 동일) 사이 단위길이당 힘은 입니다. , 을 대입하면 입니다.
평행 왕복 도선의 단위길이 힘은 F = 2I₁I₂/r × 10⁻⁷ [N/m], 선간전압은 무관하다.
개념 한 쪽
전기산업기사 전류에 작용하는 힘 — F=BIl sinθ·코일 회전력 T=NIAB·로렌츠 힘
전류가 흐르는 도체는 자계에서 힘을 받는다 — 직선 도체는 F = BIl sinθ, 코일은 회전력 T = NIAB sinθ, 대전입자는 로렌츠 힘 F = qv×B. 평행 도선 사이 힘(왕복 전류 10 [kA]·간격 1 [m] → 20 [N/m])과 자계 방향을 정하는 앙페어의 오른나사 법칙까지 함께 묻는다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「전류에 작용하는 힘」의 공개 문제 6개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 평행 왕복 도선 힘 | 2 | 2I²×10⁻⁷/d 계산·전류 역산 |
| 코일 회전력 | 1 | T=NIAB sinθ 최대 조건 산출 |
| 자계 방향 법칙 | 1 | 앙페어 오른나사 법칙 고르기 |
| F=BIl sinθ 비례 | 1 | 힘의 비례·반비례 틀린 것 |
| 대전입자 로렌츠 힘 | 1 | 수직성·에너지 불변 판정 |
가장 자주 묻는 것은 평행 왕복 도선 힘입니다.
뜻
평등 자계 안의 직선 도체가 받는 힘은 F = BIl sinθ [N]다. 전류 I, 자속밀도 B, 도선 길이 l 각각에 비례하고, 전류 방향과 자장 방향 사이각의 정현(sinθ)에 관계된다 — 「도선의 길이에 반비례한다」는 틀린 보기로 자주 나온다.
코일이 받는 회전력은 T = NIAB sinθ다(권수 N, 전류 I, 코일 면적 A, 자속밀도 B). 코일 면이 자계와 평행하면 법선 방향이 자계와 수직(θ = 90°)이 되어 회전력이 최대가 된다 — 권수 400회·면적 9π [cm²](= 9π×10⁻⁴ [m²])·전류 1 [A]·자속밀도 0.8 [Wb/m²]인 코일이 면이 자계와 평행한 방향으로 놓였을 때 회전력은 400×1×9π×10⁻⁴×0.8 ≈ 0.9 [N·m]다.
두 평행 왕복 도선 사이의 단위 길이당 힘은 F = 2I²×10⁻⁷/d [N/m]다. 전류 10 [kA]가 선간 1 [m]를 두고 왕복하면 F = 2×10⁸×10⁻⁷ = 20 [N/m]고(선간전압은 쓰지 않는다), 거꾸로 힘 4×10⁻⁶ [N/m]·간격 0.1 [m]에서 전류는 √2 [A]로 역산된다. 전류가 만드는 자계의 방향은 앙페어의 오른나사 법칙으로 정한다 — 오른손 엄지를 전류 방향으로 두면 감기는 손가락이 자계 방향이다. 렌츠의 법칙(유도 전류 방향)·플레밍의 왼손(도체가 받는 힘)·오른손(유도 기전력) 법칙과 구분한다.
자계 속을 움직이는 대전입자가 받는 로렌츠 힘 F = qv×B는 언제나 속도와 수직이다. 그래서 일을 하지 않아 입자의 속력과 운동 에너지는 변하지 않고 방향만 바뀐다 — 「정상 자계는 움직이는 대전입자에 에너지를 줄 수 없다」는 옳은 설명이며, 「cosθ에 비례」는 틀린 보기다.
예제
① 직선 도체: F = BIl sinθ — I·B·l·sinθ 모두 비례. ② 코일: T = NIAB sinθ — 면이 자계와 평행하면 최대(예 0.9 [N·m]). ③ 왕복 도선: F = 2I²×10⁻⁷/d — 10 [kA]·1 [m]이면 20 [N/m]. ④ 입자: F = qv×B — 속도와 수직, 에너지 불변.
대표 기출 3문항
권선수가 400회, 면적이 9π cm²인 장방형 코일에 1A의 직류가 흐르고 있다. 코일의 장방형 면과 평행한 방향으로 자속밀도가 0.8 Wb/m² 인 균일한 자계가 가해져 있다. 코일의 평행한 두 변의 중심을 연결하는 선을 축으로 할 때 이 코일에 작용하는 회전력은 약 몇 N·m 인가?
- 0.3
- 0.5
- 0.7
- 0.9
정답과 해설 보기
정답 ④ · 장방형 코일에 작용하는 회전력(토크)은 이다. 코일 면이 자계와 평행하면 코일의 법선벡터는 자계와 수직( )이 되어 회전력이 최대가 된다.
코일 회전력 T=NIAB sinθ이고, 코일 면이 자계와 평행하면 θ=90°로 최대가 된다.
전류에 의한 자계의 방향을 결정하는 법칙은?
- 렌츠의 법칙
- 플레밍의 왼손 법칙
- 플레밍의 오른손 법칙
- 암페어의 오른나사 법칙
정답과 해설 보기
정답 ④ · 전류가 흐르는 도체 주위에 생기는 자계의 방향은 앙페르의 오른나사 법칙(오른손 법칙)으로 결정한다. 오른손 엄지를 전류 방향으로 향하게 하면 나머지 손가락이 감기는 방향이 자계 방향이다.
전류가 흐를 때 생기는 자계의 방향은 앙페르의 오른나사(오른손) 법칙으로 결정한다.
자주 묻는 물음
- 평등 자계에서 전류가 흐르는 직선 도체가 받는 힘은?
- F = BIl sinθ입니다. 전류·자속밀도·길이와 사이각의 정현에 비례합니다(길이에 반비례하지 않습니다).
- 코일에 작용하는 회전력은?
- T = NIAB sinθ입니다. 코일 면이 자계와 평행할 때(법선이 수직) 최대가 됩니다.
- 전류가 만드는 자계의 방향을 정하는 법칙은?
- 앙페어의 오른나사 법칙입니다. 엄지를 전류 방향으로 두면 감긴 손가락 방향이 자계 방향입니다.
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