자기장

자기장은 움직이는 전하 또는 자기 모멘트를 가진 물체(예: 영구 자석)의 주변에 형성되는 물리적 장입니다. 자기장은 다른 움직이는 전하 또는 자기 모멘트를 가진 물체에 힘을 작용하며, 이 힘은 전하의 속도와 자기장의 방향 모두에 수직입니다.

개요

자기장은 전기장과 함께 전자기력의 기본 구성 요소 중 하나이며, 전자기학의 중요한 개념입니다. 자기장은 벡터장으로, 각 지점에서 크기와 방향을 가집니다. 자기장의 세기는 일반적으로 테슬라(T) 또는 가우스(G) 단위로 측정됩니다. (1 T = 10,000 G)

자기장의 발생 원인

자기장은 다음과 같은 원인으로 발생합니다.

• 움직이는 전하: 전류가 흐르는 도선 주위에는 자기장이 형성됩니다. 전류의 방향에 따라 자기장의 방향이 결정되며, 앙페르 법칙에 의해 그 관계가 설명됩니다.
• 영구 자석: 원자 내 전자의 스핀과 궤도 운동에 의한 자기 모멘트가 정렬되어 거시적인 자기장을 형성합니다.
• 시간에 따라 변하는 전기장: 맥스웰 방정식에 따르면 시간에 따라 변하는 전기장은 자기장을 생성합니다.

자기장의 특징

• 자기력선: 자기장을 시각적으로 표현하기 위해 자기력선을 사용합니다. 자기력선은 N극에서 시작하여 S극으로 향하며, 폐곡선을 이룹니다. 자기력선의 밀도는 자기장의 세기를 나타냅니다.
• 자기력: 자기장 내에서 움직이는 전하는 자기력을 받습니다. 이 힘은 전하의 속도와 자기장 방향 모두에 수직이며, 로렌츠 힘이라고 불립니다. 자기력은 전동기, 발전기 등 다양한 전자기기의 작동 원리에 이용됩니다.
• 패러데이 유도 법칙: 시간에 따라 변하는 자기장은 전기장을 유도합니다. 이 현상을 전자기 유도라고 하며, 발전기의 작동 원리입니다.
• 자기장과 물질: 물질은 자기장에 반응하는 정도에 따라 강자성체, 상자성체, 반자성체로 분류됩니다. 강자성체는 외부 자기장이 제거되어도 자기적 성질을 유지하며, 영구 자석으로 사용됩니다.

자기장의 활용

자기장은 다양한 분야에서 활용됩니다.

• 전자기기: 전동기, 발전기, 변압기, 전자기 렌즈 등
• 의료: 자기 공명 영상(MRI)
• 정보 저장: 하드 디스크, 자기 테이프
• 과학 연구: 입자 가속기, 핵융합 연구
• 지구 자기장: 지구를 보호하고 항해에 이용

관련 개념

• 전기장
• 전자기력
• 맥스웰 방정식
• 앙페르 법칙
• 로렌츠 힘
• 전자기 유도
• 자기 모멘트
• 자기 감수율