전기기사 4강

이번 강은 전류가 만드는 자기장(정자계)이다. 비오-사바르·앙페르 법칙으로 자계를 구하고, 자기회로 개념을 익힌다.

전류가 흐르면 그 주위에 자기장 H가 생기고, 매질을 통해 자속밀도 B로 나타난다.

이 강의 목표는 다음과 같다.

• 대표 도체 형상의 자계 공식을 안다.
• 앙페르 법칙과 자속밀도를 이해한다.
• 자기회로를 전기회로에 대응시킨다.

1. 대표 자계 공식

• 무한 직선: H = I / (2πr)
• 원형 코일 중심: H = I / (2a)
• 무한 솔레노이드: H = n·I (n: 단위길이당 권수)

2. 앙페르 법칙과 자속밀도

폐경로를 따라 H를 적분하면 내부를 지나는 전류와 같다.

∮ H·dl = I, B = μ·H = μ₀·μr·H

전류가 받는 힘: F = B·I·l·sinθ, 로렌츠 힘 F = qv×B.

3. 자기회로

자기회로는 전기회로와 대응한다.

• 기자력 F = N·I ↔ 기전력
• 자속 Φ ↔ 전류
• 자기저항 R = l/(μS) ↔ 저항

핵심 공식·용어

• 직선 자계: H = I/(2πr).
• 앙페르: ∮H·dl = I, B = μH.
• 자기회로: NI = Φ·R, R = l/(μS).
• 힘: F = BIl·sinθ.

예제

예제) 무한 직선 도체에 10A가 흐를 때, 도체에서 0.1m 떨어진 점의 자계 H는?

해설) H = I/(2πr) = 10/(2π×0.1) = 10/0.628 ≈ 15.9 A/m. 자계는 거리 r에 반비례하므로 거리가 2배면 절반으로 준다.

샘플 문제

문) 자속밀도 B와 자계 H의 관계로 옳은 것은?

• (A) B = H / μ
• (B) B = μ·H
• (C) B = H²
• (D) B와 H는 무관

정답: (B). B = μH = μ₀μr·H. 자계 H는 매질과 무관하지만, 자속밀도 B는 매질의 투자율 μ에 비례한다.

정리

• 직선 도체 자계 H = I/(2πr).
• 앙페르 법칙 ∮H·dl = I로 대칭 자계 계산.
• B = μH — 매질 투자율이 자속밀도를 좌우.
• 자기회로: NI = Φ·R, 전기회로와 1:1 대응.

다음 강에서는 전자유도와 인덕턴스를 다룬다.