자기장: 정의, 원인, 공식, 단위 및 측정 (예제 포함)

필드는 우리 주변에 있습니다. 지구 질량으로 인한 중력장이든 전자와 같은 하전 입자에 의해 생성 된 전기장이든 모든 곳에 보이지 않는 필드가 있으며, 적절한 방법으로 물체를 움직일 수있는 잠재력과 보이지 않는 힘을 나타냅니다. 형질.

예를 들어, 영역의 전기장은 충전 된 물체가 해당 영역에 들어갈 때 원래 경로에서 빗 나갈 수 있음을 의미합니다. 지구의 질량으로 인한 중력장은 당신이 그것을 극복하기 위해 어떤 노력을하지 않는 한 당신을 지구 표면에 단단히 고정시킵니다. 영향.

자기장은 자기력의 원인이며 다른 물체에 자기력을 가하는 물체는 자기장을 생성하여 그렇게합니다. 자기장은 자기장 선 (바늘의 자기 북쪽이 자기 남쪽을 향함)과 나란히있는 나침반 바늘의 편향으로 감지 할 수 있습니다. 전기와 자기를 연구하는 경우 자기장과 자기력에 대해 더 많이 배우는 것은 여정에서 중요한 단계입니다.

일반적으로 필드는 공간의 모든 영역에서 해당 지점에서 효과가 얼마나 강하거나 약한 지, 효과의 방향을 알려주는 값을 가진 벡터입니다. 예를 들어, 태양과 같이 질량이있는 물체는 중력장을 생성하고, 질량이있는 다른 물체는 그 결과 힘의 영향을받습니다. 이것이 태양의 중력이 지구를 궤도에 유지하는 방법입니다.

천왕성의 궤도 범위와 같이 태양계에서 멀리 떨어진 곳에서도 동일한 힘이 적용되지만 강도는 훨씬 낮습니다. 항상 태양을 똑바로 향합니다. 태양을 둘러싸고있는 화살표 모음을 상상한다면, 모두 태양을 향하지만 가까운 거리에서 더 긴 길이를가집니다. (더 강한 힘) 그리고 먼 거리에서 더 작은 길이 (더 약한 힘), 당신은 기본적으로 태양의 중력장을 상상했습니다 체계.

이와 같은 방식으로 전하를 가진 물체는 전기장을 생성하고 이동 전하는자기장, 근처의 대전 된 물체 또는 기타 자성 물질에 자기력을 일으킬 수 있습니다.

이 장은 중력장보다 모양 측면에서 약간 더 복잡합니다. 양극 (또는 북극)에서 나오고 음극 (또는 남극)에서 끝나는 필드 라인은 동일한 기본 역할. 그것들은 위치에 놓인 물체가 어떻게 작동하는지 알려주는 힘의 선과 같습니다. 외부 자기장과 정렬되는 철제 파일링을 사용하여 이것을 명확하게 시각화 할 수 있습니다.

자기장은항상​ ​쌍극자 필드, 그래서 자기 단극이 없습니다. 일반적으로 자기장은 문자로 표시됩니다.비그러나 자기장이 자성 물질을 통과하면 이는 분극화되어 자체 자기장을 생성 할 수 있습니다. 이 두 번째 필드는 첫 번째 필드에 기여하고 두 필드의 조합은 문자로 참조됩니다.H, 어디

μ로₀ = 4π × 10⁻⁷ H / m (즉, 자유 공간의 투자율) 및 K_미디엄 해당 물질의 상대 투자율입니다.

주어진 영역을 통과하는 자기장의 양을 자속이라고합니다. 자속 밀도는 국부 전계 강도와 관련이 있습니다. 자기장은 항상 쌍 극성이므로 닫힌 표면을 통과하는 순 자속은 0입니다. (표면에서 나가는 모든 필드 라인은 반드시 다시 입력하여 취소합니다.)

자기장 강도의 SI 단위는 테슬라 (T)입니다.

1 테슬라 = 1 T = 1 kg / A s² = 1V s / m² = 1 N / A m

자기장 강도에 널리 사용되는 또 다른 단위는 가우스 (G)입니다.

1 가우스 = 1G = 10⁻⁴ 티

테슬라는 상당히 큰 단위이므로 많은 실제 상황에서 가우스가 더 유용한 선택입니다. 냉장고 자석은 약 100G의 강도를 가지며 지구 표면의 지구 자기장은 약 0.5G.

이동 전하에 의해 자기장이 발생하기 때문에 전기와 자기가 근본적으로 얽혀 있습니다. (전류와 같은) 또는 전기장의 변화, 변화하는 자기장은 전기를 생성합니다. 들.

막대 자석 또는 유사한 자기 물체에서 자기장은 여러 자기 "영역"에서 발생합니다. 그것은 차례로 그들의 핵 주위에 하전 된 전자의 움직임에 의해 생성됩니다. 원자. 이러한 움직임은 도메인 내에서 작은 자기장을 생성합니다. 대부분의 재료에서 도메인은 무작위로 정렬되고 서로를 취소하지만 일부 물질, 이웃 도메인의 자기장이 정렬되어 더 큰 규모의 자기.

지구 자기장은 또한 전하를 이동하여 생성되지만이 경우 자기장을 생성하는 것은 지구 코어를 둘러싸고있는 용융 층의 운동입니다. 이것은발전기 이론, 회전하는 전기로 충전 된 유체가 자기장을 생성하는 방법을 설명합니다. 지구의 외핵은 전자가 액체를 통해 이동하고 자기장을 생성하면서 끊임없이 움직이는 액체 철을 포함합니다.

태양은 또한 자기장을 가지고 있으며 이것이 어떻게 작동하는지에 대한 설명은 매우 유사합니다. 그러나 태양의 다른 부분 (즉, 다른 위도에서 유체와 같은 물질)의 다양한 회전 속도는 필드 라인으로 이어집니다. 태양 플레어 및 태양 반점, 대략 11 년 동안의 태양과 같은 태양과 관련된 많은 현상뿐만 아니라 시간이 지남에 따라 얽히게됩니다. 주기. 태양은 막대 자석처럼 두 개의 극을 가지고 있지만, 태양의 플라즈마의 움직임과 점차 증가하는 태양 활동으로 인해 자극이 11 년마다 반전됩니다.

이동 전하의 다른 배열로 인한 자기장은 개별적으로 유도되어야합니다. 하지만 사용할 수있는 많은 표준 공식이 있으므로 매번 "바퀴를 재발 명"하지 않아도됩니다. 시각. Biot-Savart 법칙 또는 Ampere-Maxwell 법칙을 사용하여 기본적으로 모든 이동 전하 배열에 대한 공식을 유도 할 수 있습니다. 그러나 간단한 전류 배열에 대한 결과 공식은 너무 일반적으로 사용되고 인용되어 매번 Biot-Savart 또는 Ampere-Maxwell 법칙에서 파생되지 않고 단순히 "표준 공식"으로 취급하십시오.

직선 전류의 자기장은 다음과 같이 암페어 법칙 (암페어-맥스웰 법칙의 간단한 형태)에 따라 결정됩니다.

어디μ​₀ 앞서 정의한대로나는전류는 암페어이며아르 자형자기장을 측정하는 와이어로부터의 거리입니다.

전류 루프 중심의 자기장은 다음과 같이 제공됩니다.

어디아르 자형루프의 반지름이고 다른 기호는 이전에 정의 된 것과 같습니다.

마지막으로 솔레노이드의 자기장은 다음과 같이 주어진다.

어디엔회전 수이며엘솔레노이드의 길이입니다. 솔레노이드의 자기장은 주로 코일의 중앙에 집중되어 있습니다.

이 방정식 (및 이와 유사한 방정식)을 사용하는 방법을 배우는 것이 자기장을 계산할 때해야 할 주요 작업입니다. 또는 결과적으로 발생하는 자기력이므로 각각의 예는 발생할 가능성이있는 종류의 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 교전.

5 암페어 전류 (즉, I = 5A)를 전달하는 긴 직선 와이어의 경우 와이어에서 0.5m 떨어진 자기장 강도는 얼마입니까?

I = 5 A 및 r = 0.5 m 인 첫 번째 방정식을 사용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

이제 I = 10 A이고 반경 r = 0.2 m 인 전류 루프의 경우 루프 중심의 자기장은 무엇입니까? 두 번째 방정식은 다음과 같습니다.

마지막으로, 길이가 L = 0.1m이고 전류가 4A 인 N = 15 회전 인 솔레노이드의 경우 중심의 자기장 강도는 얼마입니까?

세 번째 방정식은 다음과 같습니다.

다른 예의 자기장 계산은 약간 다르게 작동 할 수 있습니다. 예를 들어 솔레노이드와 전류, 그러나 N / L 비율을 요구합니다.하지만 방정식에 익숙하다면 문제가 없을 것입니다. 그들에게 대답.