전기기기 1 1주차 리포트
20191727 이승현
전계란?
대전체가 존재하는 공간 각 점의 전기적 상태를 나타내는 양을 말한다.
즉 공간의 각 점에 정지하는 단위 전하에 작용하는 힘으로 정의한다.
전계 E라는 장소에 놓여진 정지 전하 e에 작용ㅎ아는 힘은 eE가 된다.
그러므로 정전계 에서는 정전 퍼텐셜을 φ라고 하면 E=-gradφ가 되어
쿨롱의 법칙에 따르는 힘의 계가 된다.
또 전자계에서는 스칼라 퍼텐셜 φ와 벡터 퍼텐셜 A에서 E=-gradφ-∂A/∂t로 유도된다.
전계의 세기는 MKS단위 [V/m]로 나타낸다.
자계란?
자극의 작용이 미치는 공간 (자석 또는 전류가 힘을 미치거나 받는 공간)
텅빈 공간에 자하를가 져오면, 그공간은 ‘자기력장을 갖는 공간`으로 성질이 바뀐다.
자계의 발생
- 다양한 전류 분포 또는 자석에 의해 발생
자계의 표현
- 자계의 힘을 나타내는 가상의 자기력선에 의해 표현
자계/자기장의 원천
정적자계 의 원천
가. 전류 (움직이는 전하) 또는 영구자석
- 독립된 전하에 의해 발생되는 전계와는 달리, 사실상 자계는 독립된 원천
즉 자하는 없음 (전하 흐름인 전류 분포로부터 발생됨)
- 물질 내 자성/자기의 근원
- 원자 내 전자의 궤도 운동 및 전자 자신의 본성에 기인함 (원자 자기 모멘트)
나. 시변 전기장도 자기장을 만듦(변위전류)
시변자계
가. 시변 자계 내에 적절한 폐회로가 있으면, 이를 통해 전류가 흐름
- 기전력 (패러데이 법칙)
나. 전자기파 생성/전파의 일부분 (맥스웰 방정식)
- 시변 자계는 시변 전계를 일으키며, 전자기파의 전파 현상의 일부분
- 시변 전계 및 시변 자계는 원인-결과를 이루며 서로 직각으로 상호 생성 관계를
가짐
자기장/자계의 세기 또는 강도 : H
정전기장 및 정자기장 정의
- 정전기장은, 하나의 정전하에 의해 시험 단위 전하가 받는 힘에 의해 정의됨(쿨롱의 법칙)
- 정자기장은, 여러 다른 형태의 힘으로부터 정의될 수 있음
가. 자석과 자석 간, 두 전류 도선간, 자석과 전류 도선 간 등에 작용하는 자기력
- 두 도선의 전류 방향이 같으면, 서로 끌어당기고 , 다르면 서로 밀침
* 사실상, 전기 및 자기가 서로 관련성이 있음 (1820년, 덴마크 과학자 Oersted가 발견)
즉, 도선에 흐르는 전류는 그 주위에 자계를 만듦
(명칭)
- 자기장 세기/ 자화력 등 때로는 그냥 자계/자기장 이라고도 함
자기장/자계의 세기 또는 강도 : H
* 의미
- 어느 지점에서 자기유도(자속밀도) B를 생성시키기 위해, 이에 필요한 자석(자화 물체)
또는 전류의 능력
단위, 자기장 세기 H의 단위 – 자기 단위 참조
MKS 단위계 : [A/m]
CGS 단위계 : [Oe (Oersted)]
자계/자기장 세기를 구하는 주요 법칙
- 비오-사바르 법칙 : 전류에 의해 발생되는 주변 자기장과의 관계를 나타내는 법칙
자계/자기장 세기를 구하는 주요 법칙
가. 앙페르 주회 법칙
- 대칭성 있는 전류의 자기 작용에 대해 비오-사바르 법칙보다 그 양적관계를
쉽게 구할 수 있는 법칙
나. 앙페르 법칙의 미분형
- 전류가 흐르면 자계가 회전하는 형태로 존재함 : ∇×H=J
다. 앙페르의 법칙의 적분형
- 임의의 폐곡선에 대한 자계의 선적분은 이 폐곡선 곡면 내부를 통과하는 전류와 같음
자계/자기장의 응용
* 주로, 기계에너지 <> 전기에너지 간의 변환에 많이 응용됨