전자공학3. 전자력과 전자유도작용

앞에서는 자성을 가진 물질에서 다른 자석을 가져다대거나 멀어지게 할 때 자성끼리 생기는 자력에 대해 알아보았다. 그럼 이 자성을 가진 물질이 뿜어내는 힘인 자계내에서 도체에 전류를 흐르게하면 어떤일이 발생할까?

 

역시나 이 경우에도 힘이 발생하는데 이를 전자력이라고 한다. 그렇다면 그 힘은 어느방향에서 시작해서 어느방향으로 분출되게 될까가 역시나 중요한데 이는 간단히 살펴보면 다음과 같다. 먼저 양쪽에 N극과 S극이 있고 가운데에 전류가 흐르는 도체를 상상해보자

자계내에 전류가 흐르는 도체가 있을때 힘(전자력)의 방향(엄지쪽)

위 그림에서 보면 N극과 S극 이 있다. 우선 자력선의 방향(N->S)을 검지로 향하게 하고 도체에서 전류가 흐르는 방향을 중지 손가락으로 표현했을때 엄지손가락이 가르키는 방향이 바로 전자력의 방향이다. 이때 중요한건 왼손으로 해야한다는것이다. 이를 플레밍(Fleming)의 왼손법칙이라 한다.

 

그렇다면, 이 전류가 흐르는 도체를 움직이면 어떻게 될까? 

 

신기하게도 도체를 움직이면 도체가 자력선을 끊는 방향으로 기전력이 작용한다. 이 방향은 앞선 전자력을 보이는 플레밍(Fleming)의 왼손법칙과 달리 플레밍(Fleming)의 오른손법칙이 적용된다.

 

플레밍의 오른손법칙

다음과 같이 기전력의 방향이 결정된다. 여기서 신기한점은 이러한 기전력은 유사하게 코일내에 자석을 넣고 움직여도 동일하게 발생한다는것이다. 더 신기한것은 아무런 파워도 인가하지 않은 코일에 자석을 움직이는 것만으로도 전류를 만들어 낸다는것이다. 이를 전자유도라고한다.

 

이러한 전자유도를 통한 기전력은 자석의 움직임을 방해하는 요소로 사용되는데 그림으로 보면 이해가 쉽다.

N극이 코일내로 다가갈때

위 상황에서 N극이 코일내로 다가간다고 가정하면(S극일때도 동일) 코일에서는 N극의 자계를 만들어 N극을 밀어내려는 기전력의 방향을 만든다.

 

반대로 N극이 멀어지려고할때는

N극이 멀어질때

N극을 잡아당기는 쪽으로 코일이 S극 역할을 하면서 잡아당기게된다. 

 

이때 전류가 발생하며 이 상황이 만들어지는데 코일의 권수가 많거나 자석을 움직이는 속도가 빠를수록 더 많은 전류가 발생하게된다.

 

여기서부터는 이제 종합해서 식이 나옵니다.. 

F=BIl(I가 l과 길이가 다릅니다. 전자력=자속밀도X전류X도체의 길이)

V=Blv(기전력=자속밀도X도체의 길이X도체의 이동속도)

 

그리고 Lentz의 법칙

 

유도기전력=V=-NdΦ /dt 이다. 여기서 N앞의 -는 자속의 변화를 방해하는 쪽으로 힘이 생기는것을 의미한다.