전류가 흐르면 자기장이 생성이 되는데요, 학생들이 가장 싫어하는 부분 중 하나에 대해서 포스팅할게요^^
- 자기력, 자기장, 자기력선-
혹시 자석 주변에 철가루를 뿌린 적 있나요?? 그럼 이렇게 되겠죠??
자석은 철과 같은 금속물질을 끌어당기는 힘을 가지고 있죠. 이런 힘을 자기력이라고 합니다. 자기력이 미치는 공간을 자기장이라고 하죠. 혹시 운동장 아시죠?? 운동할 수 있는 공간이죠. 자기장도 마찬가지로 자기력이 미치는 공간을 말합니다. 그리고 이런 자기장은 눈에 안 보여요~~ 그래서 자기장을 눈에 볼 수 있도록 나타내는 선을 자기력선이라고 합니다. 그림을 보시면 철가루가 자석 주위의 모여 있는데, 일정한 간격으로 배열되어 있죠. 이런 배열된 것을 선으로 나열하면 자기력선이 됩니다.
자기력, 자기장, 자기력선 이해가 되시나요??
또, 그림을 보시면 자기력선에 나침반이 놓여있는데, 나침반은 자기장을 이용하여 방향을 가르쳐주는 것 도구인데요, 왜? 바로 지구가 커다란 자석이라서 그래요^^
지구가 커다란 자석이라고 보시면 됩니다. 나침반에서 북쪽이 N극을 가르치죠?? 근데, 나침반에서 N극은 S극을 가르치죠? 나침반에서 S극은 자석의 N극을 가르치죠. 왜? 바로 자기력 때문이죠. 자기력에서 같은 극이면 밀어내고, 반대극이면 잡아당기죠? 이런 성질을 갖고 있죠. 따라서 나침반의 N극이 가리키는 곳이 자석의 S극이라고 보시면 됩니다.
다시 돌아와서 결론을 이야기하면 나침반의 N극이 가리키는 곳이 자석에서 S극이 됩니다.
그림을 보시면 자기력선은 N극에서 나와서 S극으로 이동하는데, 나침반의 N극이 자석에서 S극을 가리키는 이유 아시겠죠??
그럼 자기장은 자석만 만들까요? 아닙니다. 전류도 이런 자기장을 만들 수 있습니다.
- 직선전류의 자기장 -
1820년 덴마크의 물리학자인 외르스테드는 전류가 흐르는 전선 주위에서 나침반의 바늘이 움직인다는 것을 발견하죠. 그럼 도선에 전류가 흐르면 도선에서 자기장의 움직임이 어떻게 될까요?
그림처럼 도선에 전류가 흐르면 자기장이 생성되는데, 시계반향으로 자기장이 형성이 된다. 그리고 형성된 자기장을 잘 보면 동심원 모양이다. 동심원이란 중심은 같지만, 반지름이 다른 원을 동심원이라고 하죠^^
그럼 자기장의 방향은 어떻게 찾을 것인가? 이제부터 법칙이 나오는데.. 눈 크게~~~~~~~~~~
- 오른손 법칙 -
오른손 법칙(오른나사 법칙, 앙페르의 오른손 법칙)에서 엄지손가락은 전류의 방향이고, 나머지 네 손가락은 가볍게 도선을 감는다고 생각하면 되는데, 네 손가락은 자기장의 방향으로 나타내죠. 왼쪽 그림에서 전류가 위로 올라가면 자기장의 방향은 반 시계 방향이고 되죠. 그럼, 전류가 아래로 내려가면 자기장의 방향을 시계방향이 됩니다.
이해가 되시나요??
자기장의 방향은 N극에서 S극으로 이동합니다. 자석도 N극에서 나와 S극으로 이동했죠^^ 마찬가지입니다. 유의해주세요^^
근데, 문제가 항상 저렇게만 나오면 좋겠지만.. 그렇지 않습니다.^^
그림은 전류가 오른쪽에서 왼쪽으로 이동하고 있고, 나침반이 도선 위쪽에 있는 경우이죠. 오른손 법칙을 사용하는데, 네 손가락은 항상 도선은 감는다고 생각하여야 해요. 그럼 도선 위쪽에서 자기장의 방향은 (네 손가락이 가리키는 방향) 나 쪽이 될 것이고, 도선 아래쪽에 나침반이 있다고 생각하면 자기장의 방향은 라쪽으로 가리키게 됩니다.
이처럼 전기에 의해서도 자기장이 형성할 수 있다고 보시면 됩니다.
- 원형 도선에서 자기장 -
원형도선은 직선 도선을 구부리면 됩니다.
직선 도선에서 생기는 자기장과 비슷한 그림이죠. 양 끝에 동심원이 보이네요~~
이런 원형 도선에서 자기장의 방향은 어떻게 알 수 있을까요? 똑같이 오른손 법칙을 사용합니다.
그림을 보면 전류는 오른쪽에서 왼쪽으로 흐르고, 그럼 자기장의 방향은 노란색처럼 나타날 수 있습니다.
오른쪽에서 전류가 올라가고 있으니까, 자기장의 방향은 반시계방향이 되고, 가운데에서는 전류가 왼쪽으로 이동하므로 도선 아래쪽에서 자기장의 방향은 남쪽이 되네요^^ 그리고 왼쪽 도선에서 전류는 아래쪽 방향으로 이동하므로 자기장의 방향은 시계방향이 됩니다.
여기서 팁을 드리면 동그라미 표시 보이시나요? 나침반의 바늘이 양끝은 같지만, 가운데는 다르다는 것. 만약 시험문제에 이런 문제가 나왔는데, 잘 모르겠다고 생각하시면 동그란 부분만 생각하셔도 확률이 많이 늘어나겠죠??? 가장 좋은 것은 오른손 법칙을 이해하시는 것이 가장 좋고요^^
- 자기장의 세기 -
1) 직선 도선이나 원형 도선에서 자기장의 세기는 전류의 세기에 비례합니다.
2) 직선 도선이나 원형 도선 둘 다 전선에서 가까울수록 자기장의 세기가 세요^^
3) 원형 도선인 경우 안쪽이 바깥쪽보다 자기장의 세기가 강해요. 자기력선이 조밀할수록 자기장의 세기가 크다라고 해요. 자석에서 자석의 힘이 세 곳이 중심일까요? 양 극일 까요? 간단하게 실험을 해봐도 알겠지만, 양 극의 세기가 세죠. 자석의 자기력선을 봐도 양 극 주변에 자기력선이 조밀하게 있는 것을 볼 수 있죠.
이상 전류에 의한 자기장 첫 번째였습니다. 많은 도움이 되었으면 합니다.
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