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전자기유도(electromagnatic induction )

작성일 2010-08-23

한 폐회로의 면을 통과하는 자기력선속(磁氣力線束)의 양이 변화할 때 그 회로를 따라 기전력(起電力)이 발생해 과도적인 전류가 흐르는 현상.

이때의 기전력을 유도기전력이라 하고, 전류는 유도전류라고 한다.

1831년 M. 패러데이에 의한 발견에 힘입어 그때까지 서로 다른 현상이라고 생각되었던 전기와 자기(磁氣) 사이에 어떤 관계가 있음을 알게 되었다.

폐회로 가까이서 영구자석을 움직이거나, 또는 전류가 흐르는 다른 회로를 움직이거나 전류를 끊거나 했을 때 이러한 현상이 관측된다.

또한 폐회로에 흐르는 전류가 변화하는 경우에도 이 회로를 관통하는 자기력선 속이 변하기 때문에 회로에는 유도기전력이 발생한다.

이것을 자체유도(自體誘導)라고 하며, 이에 대해 2개의 회로를 흐르는 전류의 한쪽이 변화함으로써 다른 쪽 회로에 유도기전력이 발생하는 경우를 상호유도(相互誘導)라고 한다.

이들 현상에서 중요한 것은 전기적 또는 자기적인 양이 시간적으로 변화한다는 것이다.

즉, 전기와 자기는 시간 변화를 통해 관계가 이루어진다.

자기력선속 φ의 시간적 변화 dφ/dt와 회로 안에 발생하는 유도기전력 -E 사이에는



의 관계가 성립한다.

이 식은 F. E. 노이만에 의해 정식화(定式化)되었는데, 유도기전력의 크기는 자기력선속의 시간적 변화에 비례하고, 그 방향은 유도전류가 만드는 자기장에 의해 자기력선속의 변화가 상쇄되는 방향이다.

이 유도기전력이 발생하는 방향을 결정짓는 법칙은 34년 H. 렌츠가 밝혀냈다(렌츠의 법칙).

그 후 J. C. 맥스웰은 장(場)의 양인 전기장 E와자기력선속밀도 B를 써서 이 관계식을 다음과 같이 바꾸어 썼다.



폐회로에서 성립되었던 패러데이의 전자기유도의 법칙이 맥스웰의 식에 의해 공간의 어디에서나 성립하는 법칙으로 확장된 셈이다.

맥스웰은 이 생각을 더욱 발전시켜 전기적 원인으로 자기장이 발생한다고 생각했다.

즉, 전기력선속밀도 D가 시간적으로 변하면, 그 주위를 둘러싸는 방향으로 자기장 H가 생긴다는 것이다.

식으로 표시하면



와 같이 되며, 이것은 ①식과 대칭적인 식이다.

이 식은 전류 i가 그 주위에 자기장을 만드는 현상, 즉 앙페르의 법칙



와 비슷하므로 D/를 변위전류(變位電流)라고 하며, ②,③식을 합한 식



를 확장된 앙페르의 법칙이라고 한다.

당시 전류 이외에도 자기장을 만드는 원인이 있다고 생각한 것은 맥스웰의 천재적인 착상이었다.

2개의 전자기유도의식 ①, ②를 연립해 전자기파(電磁氣波)를 나타내는 식을 유도할 수 있다.

전자기파의 존재가 ②식의 정확성을 증명한다고 볼 수 있다.



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