개념 한 쪽
전기기능장 자성체와 자기회로 — 기자력·자계의 세기와 히스테리시스
자성체는 자기장 안에서 자화되는 물질이고, 자기회로는 자속이 지나가는 길을 회로처럼 다룬 것이다. 기자력과 자계의 세기, 자극에 작용하는 힘, 히스테리시스 손실, 오른나사 법칙과 렌츠의 법칙이 이 단원의 중심이다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
뜻
기자력은 자속을 발생시키는 원동력으로 MKS 단위계에서 단위는 AT(암페어 턴)이다. 자계의 세기 H는 기자력을 자로의 길이로 나눈 값이므로 단위는 AT/m다. 자계 H[AT/m] 안에 놓인 자극 m[Wb]에 작용하는 힘은 F = H × m으로, 단위는 Wb·AT/m가 되어 N과 같다.
직선 전류 주위에 생기는 환상 자계의 방향은 오른나사 법칙으로 정한다. 전류가 흐르는 방향을 나사의 진행 방향으로 볼 때 나사를 돌리는 방향이 자계의 방향이다. 전류의 방향과 기전력의 방향을 결정하는 법칙은 렌츠의 법칙으로, 유도 기전력과 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다.
강자성체의 히스테리시스 루프 면적은 자화를 한 주기 돌리는 데 필요한 에너지, 곧 단위 체적당 손실 에너지를 나타낸다. 루프가 넓을수록 손실이 크다.
평행 왕복 도선 사이의 힘은 두 도선의 전류의 곱에 비례한다. 공기 중 간격 1m인 평행 왕복 도체에 길이 1m당 10⁻⁷N의 반발력이 작용할 때 전류는 1/√2 A가 된다. 인덕턴스가 있는 코일에 교류를 가하면 평균 자기 에너지가 축적된다. 이 에너지는 인덕턴스와 실효 전류의 제곱에 비례하며, 인가 전압과 주파수로 리액턴스를 구해 전류를 먼저 계산한 뒤 구한다.
예제
선지 판단은 기자력의 단위를 AT로, 자계의 세기 단위를 AT/m로 구별하는지, 자계 안 자극에 작용하는 힘을 H × m으로 읽는지, 직선 전류 주위 자계의 방향을 오른나사 법칙으로 고르는지, 유도 기전력의 방향을 렌츠의 법칙으로 고르는지, 히스테리시스 루프의 면적을 단위 체적당 손실 에너지로 해석하는지에서 갈린다. 콘덴서 용량·에너지를 묻는 선지는 자기회로가 아니라 정전 파트이므로 단위와 공식을 확인해 걸러낸다.
자주 묻는 물음
- 기자력과 자계의 세기는 단위가 어떻게 다른가요?
- 기자력은 자속을 발생시키는 힘으로 단위가 AT(암페어 턴)이고, 자계의 세기는 기자력을 자로의 길이로 나눈 값이라 단위가 AT/m입니다. 두 값을 나누면 길이의 단위가 남는 관계로 기억하면 됩니다.
- 히스테리시스 루프의 면적은 무엇을 뜻하나요?
- 자화를 한 주기 돌리는 데 필요한 에너지, 곧 단위 체적당 손실 에너지를 뜻합니다. 루프의 면적이 클수록 자화에 더 많은 에너지가 필요하고 손실도 커집니다.
- 평행 왕복 도선 사이의 힘은 무엇에 비례하나요?
- 두 도선에 흐르는 전류의 곱에 비례하고 도선 사이의 간격에 반비례합니다. 같은 크기의 전류가 왕복하면 전류의 제곱에 비례하는 힘이 작용하며, 공기 중 간격 1m에서 길이 1m당 10⁻⁷N이면 전류는 1/√2 A입니다.
전기기능장 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.