전자석이 만들어지는 4가지 법칙

안녕하십니까

전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 입니다 

 

오늘의 주제는

전자석이 만들어지는 4가지 법칙

 

1. 암페어 법칙

Ampere’s circuital law로 명칭 되며, 전류가 흐르는 도체에 자계가 형성되는 것을 나타내는 법칙입니다.

도체에 발생하는 자계의 세기는 H로 나타내며  단위는 [A/m]로 표현합니다.

또한 선적분을 통해 총전류를 계산하실 수 있습니다.

 

이상적인 회로에서의 도체에서 발생하는 자계의 세기는 다음과 같은 수식을 적용할 수 있습니다.

암페어 법칙으로 전류가 흐르는 도체에 발생하는 자계의 세기를 계산하실 수 있습니다.

암페어 법칙

 

2. 오른나사 법칙

오른나사 법칙은 전류가 자계를 발생시키는 관계를 오른손에 비유한 법칙입니다.

단일 도선에 전류가 흐르는 경우에는

전류가 엄지 손가락 방향으로 흐르게 되면 자계는 나머지 손가락이 가리키는 방향으로 발생함을 나타냅니다.

오른나사 법칙

또한 N턴 코일에 전류가 흐르는 경우에 대하여 오른나사 법칙을 적용하면

전류가 나머지 손가락들이 가리키는 방향으로 흐르게 되면 자계는 엄지손가락 방향으로 발생함을 나타냅니다.

N턴에 의하여 자계는 서로 중첩이 되고 이를 기자력을 통해 계산할 수 있습니다.

N턴에서의 자계방향

 

3. 페러데이 유도 법칙

Faraday’s law로 명칭 하며 코일 안쪽을 통과하는 자속의 변화로 인해 전류가 흐르게 되어

유도 기전력이 발생함을 나타내는 법칙입니다.

간단한 회로를 통해 수식적으로 접근하면

페러데이 유도법칙

다음과 같은 회로가 있을 시 

코일 안쪽을 통과하는 자속의 변화로 전류가 흐르게 되어 유도 기전력이 유도됨을 다음과 같이 나타낼 수 있으며

코일 전류의 변화에 의해서도 유도 기전력이 유기됨을 확인할 수 있습니다.

따라서 두 수식을 통해 

전류의 변화에 의한 유도 기전력과 자속의 변화에 의한 유도 기전력이 같으므로

페러데이 유도 법칙은 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

 

4. 렌츠의 법칙

Lenz’s law로 명칭 되며

코일 안쪽을 통과하는 자속의 변화에 의하여 유기되는 기전력과

그 결과로 인하여 흐르는 전류가 항상 자속의 변화를 방해하는 방향으로 작용하는 현상을 말합니다.

렌츠의 법칙

따라서 유도 기전력의 방향을 결정하게 되며 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

 

이번 시간에는 이렇게 도체에 흐르는 전류 방향에 따라 전자석이 만들어지는

4가지 법칙에 대하여 살펴보았습니다.

 

일상생활에서도 많이 사용되고

전력전자에 많이 사용되는 인덕터, 변압기 등의 자기적 특성을 가지는 부품을 해석하기 위하여

이번 시간에 살펴본 4가지 법칙을 적용하게 되면 보다 해석이 용이할 것으로 생각됩니다.

 

지금까지 전력전자와 각종MCU를 공부하고 최종적으로 작품을 만드는 전자 장인 이었습니다

감사합니다