【전자기학】 5강. 맥스웰 제4법칙

5강. 맥스웰 제4법칙

 

추천글 : 【물리학】 물리학 목차 

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1. 렌츠의 법칙 [본문]

2. 패러데이의 법칙 [본문]

3. 맥스웰 제4법칙의 응용 [본문]

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a. 호흡정지감시기 

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1. 렌츠의 법칙(Lenz's law) [목차]

⑴ 정의 : 유도 기전력과 유도 전류는 자기장의 변화를 상쇄하려는 방향으로 작용

 

출처 : 이미지 클릭

Figure. 1. 렌츠의 법칙^]

 

 

2. 패러데이의 법칙(Faraday's law) [목차]

⑴ 개요

① 정의 : 자기장이 변하면 그 자기선속의 변화율에 해당하는 전압이 유도됨

② 1820년, 외르스테드가 전류에 의해 자기장이 발생하는 현상을 발견함

③ 1831년, 영국의 과학자 패러데이가 패러데이 법칙을 발견함

④ 패러데이가 패러데이 법칙을 제안한 이후 독일의 물리학자 렌츠는 렌츠의 법칙을 발표함

⑵ 수식화 : 이 회로를 지나는 자기선속이 시간에 따라 변하는 비율에 음의 부호를 한 것과 같음

 

 

⑷ 일정한 크기의 외부 자기장에 직사각형 고리가 일정 속도로 움직이는 경우 유도 기전력

 

 

⑸ 자체 유도 기전력

① 코일 유도 기전력

 

 

② 코일의 자기 에너지

 

 

③ 직렬 연결된 합성 자체 유도 계수 

 

 

④ 병렬 연결된 합성 자체 유도 계수 

 

 

 

3. 맥스웰 제4법칙의 응용 [목차]

⑴ 발전기(generator)

① 0° → 90° : 자속 증가, a → b 방향의 유도전류 

② 90° → 180° : 자속 감소, b → a 방향의 유도전류

③ 180° → 270° : 자속 감소, b → a 방향의 유도전류

④ 270° → 360° : 자속 증가, a → b 방향의 유도전류

 

출처 : 고등과학 완자 물리학 2

Figure. 2. 발전기의 원리^]

 

⑵ 전자 기타

① 1^st. 전자 기타의 픽업 램프는 원통형 자석 주변에 코일이 감겨 있는 구조로 돼 있음

② 2^nd. 기타 줄을 튕기면 기타 줄 아래쪽에 있는 자석에 의해 자기화된 기타 줄이 진동함

③ 3^rd. 줄의 진동으로 인해 코일을 통과하는 자기 선속이 변함

④ 4^th. 코일에 발생하는 유도 기전력에 의해 전류가 흐름

 

출처 : 고등과학 완자 물리학 2

Figure. 3. 전자 기타의 원리^]

 

⑶ 마이크

① 1^st. 코일에 감긴 영구 자석이 진동판에 연결돼 있음

② 2^nd. 소리의 진동에 의해 진동판이 진동함

③ 3^rd. 진동판에 부착된 코일이 영구 자석 주위에서 움직이면서 자기 선속이 변하여 유도 전류가 흐름

④ 4^th. 소리가 클수록 코일이 크게 진동하여 전류의 세기가 강함

 

출처 : 고등과학 완자 물리학 2

Figure. 4. 마이크의 원리^]

 

⑷ 하드 디스크

① 구성 1. 플래터 : 정보를 기록하는 부분

○ 알루미늄 합금이나 유리 위에 강자성체인 산화 철 막을 씌워서 만듦

○ 외부 자기장을 가해 강자성체를 정렬시켜 정보를 저장함 

○ 외부 자기장이 제거되어도 정렬 방향을 유지하여 정보를 지속적으로 저장함

② 구성 2. 헤드의 철심 : 플래터에 정보를 기록할 때 쓰는 작은 전자석 

③ 하드 디스크에 정보를 기록할 때 맥스웰 제3법칙을 사용함

④ 하드 디스크로부터 정보를 읽을 때 맥스웰 제4법칙을 사용함

⑸ 자기 테이프 

① 강자성체 분말을 얇은 플라스틱 테이프에 씌운 것

② 강자성체 분말이 외부 자기장에 의해 자기화되는 성질을 이용하여 정보를 저장

③ 자기 테이프 플레이어에 장착된 헤드를 통해 자기 테이프의 정보를 읽을 수 있음

④ 예 : 카드, 통장

⑸ 변압기

⑹ 교통카드

⑺ 전동 칫솔의 무선 충전

⑻ 금속탐지기

⑼ 도난 방지 장치

⑽ 킥보드의 발광 장치 : 바퀴가 회전하면 영구 자석 주위를 코일이 돌며 발광 다이오드에 유도 전류를 발생시킴

⑾ 자기 브레이크 장치 : 놀이기구, 헬스용 자전거, 지하철에 사용됨

⑿ 인덕션 레인지

⒀ 하이브리드 자동차 : 감속할 때 자동차의 운동 에너지 중 일부를 전기 에너지로 변환하여 배터리로 저장함

⒁ 속도계 및 과속단속장치

 

입력: 2019.07.28 19:23

수정: 2020.04.11 18:27