2 - 2 - 2. 자기장에서 전류가 받는 힘
[ 도선에 작용하는 힘의 방향 / 도선에 작용하는 힘의 세기 /
평행한 직선 전류사이에 작용하는 힘 / 자기장 속에서 운동하는
[ 도선에 작용하는 힘의 방향 ]
자기장 속에 도선을 놓아도 아무런 일도 없습니다. 그런데 도선에 전류가 흐르는 순간
도선은 갑자기 힘을 받아 튕겨나갑니다. 전류가 자기장을 만든다는 것은 앞에서
배웠습니다. 바로 이 자기장이 힘을 발생시킨 원인입니다.
이미 어떤 깡패조직이 세력을 형성하고 있는 도시에 새로운 깡패조직이 들어가면
당연히 새로운 긴장감이 감돌고 엄청난 힘의 분출, 즉, 패 싸움이 생겨 깡패들이
허공으로 튕겨 날아다니는 것과 같은 이치입니다.
전류가 발생시킨 새로운 자기장이 원래있던 자기장과 같은 방향으로 생긴 곳은
서로 협력하므로 강한 힘이 생기고 , 서로 반대 방향으로 생긴 곳은 맞서서 서로를
깍아먹어 힘이 약해집니다. 이 힘의 차이 때문에 강한 곳에서 약한 쪽으로 도선이
튕겨나가는 것입니다.
이 힘의 방향을 따지는 방법으로 플레밍의 왼손 법칙이라고 배웠겠지만 이것은
너무 헷갈리므로 다른 더 좋은 방법으로 알아 둡시다.
오른손으로 생각하면 아주 쉽습니다. 오른 손바닥을 폈을 때 엄지쪽은 전류의 방향,
나머지 네 손가락쪽은 자기장의 방향, 손바닥쪽은 힘의 방향입니다.
다 아시다시피 전류는 (+)극에서 (-)극쪽으로 흐릅니다.
자기장은 N극에서 S극쪽으로 향합니다.
헷갈림을 방지하기 위해 다음과 같이 연상합시다.
도선은 한가닥이므로 엄지 한 개가 전류의 방향,
자기력선은 여러가닥이므로 나머지 손가락들은 자기장의 방향,
따귀를 때릴 때 손바닥으로 때리므로 손 바닥은 힘의 방향입니다.
손등으로 따귀를 때리는 것은 예의가 아닙니다. 맞는 사람도 엄청 기분 나쁩니다.
완전히 인격을 무시당하는 기분입니다. 맞는 것도 억울한데 무시까지 당해서야
되겠습니까 ? 상대방의 인격을 존중하는 의미로 손바닥 방향으로 때립시다.
전류가 셀수록, 자기장이 강할수록 힘이 세어지는 것은 누구나 쉽게 유추할 수
있습니다. 여기에 하나 추가로 기억해 둘 것은 다음과 같습니다.
도선이 길수록 강한 힘을 받습니다.
도선속에 전자들이 있어요. 당연히 긴 도선에 더 많은 전자가 있으니 자기장들이
전자를 밀어제끼는 힘은 전자가 많을수록 강한 것입니다. 따라서 긴 도선이 더 큰
힘을 받습니다. 작은 아이보다 큰 아이가 깡패들한테 삥뜯길 때 더 많이 맞는 것과
유사합니다.
중학교 1학년 때 중 3 에게 돈을 뺏기며 떨던 나의 모습이 20년 이상 더 지난
지금도 눈에 선합니다. 절대로 삥뜯는 학생들은 사라져야 합니다. 그 때 태권도를
조금 다니다가 그만 두었는데 지금까지 계속 했으면 8 - 9 단은 되었을 텐데.
복수를 다짐하며 늦게까지 운동장에서 정권 단련하던 어린 내 모습이 떠오르는군요.
지금은 추억이지만 그 당시는 정말 엄청난 충격과 울분이었어요. 절대로 남에게
정당한 이유없이 무력을 행사하지 맙시다.우리는 이성을 가진 인간입니다.
야비하고 치사하고 더러운 동물이 되지 맙시다.
자, 그러면 힘의 세기는 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.
힘의 세기 =자기장(B) x 전류(I) x 도선의 길이(L)
F = B I L
빌( BIL )은 힘이 세다 라고 외우면 순식간에 외울 수 있죠.
평행한 두 도선에 전류가 흐르면 도선 주위에 각각 자기장이 생깁니다.
이 두 자기장은 서로 도와주기도하고 서로 없애기도 하여 힘이 발생합니다.
두 전류가 같은 방향일 때는 같은 편으로 인식하여 두 도선이 사이좋게
가까워지려고 하므로 서로 잡아 당기는 인력이 작용합니다.
물론 반대로 전류가 흐를 때는 서로 미워하여 자꾸 멀어지려고 하므로
척력이 작용합니다..
사람도 견해가 같은 사람들끼리 어울리잖아요. 사사건건 반대로 물고
늘어지는 사람은 꼴도 보기 싫어 자꾸 멀어지고 싶잖아요.
누구와(특히, 이성과) 친해지고 싶으면 자꾸 같은 의견과 같은 생각을 하세요.
자꾸 기분도 맞춰주고 무조건 붕 뛰워주세요. 심할 정도로 아부해도 좋습니다.
자기편을 찾고 싶어하는 것이 인간의 심리라서 어느새 옆에 없으면 안될 정도의
사이가 되어 버립니다. 사랑에는 자존심이 없다라는 것을 명심하세요.
힘의 크기는 당연히 두 도선의 전류가 강할수록, 도선이 길수록,
거리는 가까울수록 커집니다.즉, 전류와 도선의 길이에는 비례하고
도선 사이의 거리에는 반비례한다는 뜻입니다.
두 남녀가 찌릿한 정도가 강할수록, 같이 다니는 길이 길수록, 둘사이의 거리가
가까울수록 강한 사랑의 힘이 나타나는 것과 같아요.
식으로 써보면 다음과 같습니다.
힘 = 전류1 ( I1 ) x 전류2( I2 ) x 도선의 길이 (L) / 도선 사이 거리 (r)
F = I1 I2 L / r
자기장속에 전하 한 개가 쌩하고 멋지게 날라갑니다. 전하가 움직이는 것이 그대로
전류입니다. 당연히 전하 주위에 자기장이 발생하여 이미 있던 자기장과 한판
힘겨루기가 벌어집니다. 당연히 전하는 힘을 받아 똑바로 가지 못하고 휘어집니다.
끊임없이 계속 휘어지므로 전하는 원운동을 하게 됩니다. 1 개의 대전입자(전하)가
받는 힘의 세기는 당연히 자기장이 셀수록, 전하의 전기량이 클수록, 전하의 운동속도가
빠를수록 커집니다.
속도는 1초간 간 거리이므로 도선의 길이라고 생각해도 됩니다. 도선의 길이가 길수록
더 큰 힘을 받는다고 위에서 배웠잖아요. 즉, 운동속도는 도선의 길이라고 생각하세요.
이것을 식으로 써보면 다음과 같아요.
힘 = 전하량(q) x 전하입자의 속도(v) x 전기장의 세기(B)
F = qvB
자기장 속에서 전하(전기를 띤 작은 입자)를 빙글빙글 어지럽게 돌리는 힘을
로렌츠의 힘 또는 전자기력이라고 합니다.
사이클로트론이나 질량분석기등은 모두 로렌츠 힘을 이용한 것입니다.