자기장 전하가 주위에 전기장을 만드는 것처럼 자석은 주위에 자기장을 만든다. 자기장 만드는 방법 자석(자기쌍극자) 전류가 흐르는 도선 자기장B의 정의 속도 v 로 움직이는 전하 q 는 자기장 속에서 힘을 받음 힘,전하,속도를 이용한 정의 FB는 모두 v, B 에 수직 자기장 단위: 테슬라 여러 상황에서의 자기장의 세기
자기력선 밀도: 자기력선의 밀도는 자기장세기에 비례 방향: 자석의 극이 밀려가는 방향 B 의 방향은 자기력선의 접선방향 밀도: 자기력선의 밀도는 자기장세기에 비례 방향: 자석의 극이 밀려가는 방향 B 의 방향은 자기력선의 접선방향 자석을 잘라도 자극을 분리할 수 없음 자기장에 관한 가우스 법칙 막대자석 주위의 자기력선 분포 자기력선이 생기거나 사라지는 점은 없다. 즉 point-source 는 없다
직교 전자기장 1 전자가 전기장과 자기장으로부터 받는 힘 전자의 e/m 결정 (J. J. Thomson, 1897년) 전자의 비전하 측정 전자가 전기장과 자기장으로부터 받는 힘 전기장 (수직방향) 전기력: eE (수직방향) 전기장, 자기장 세기로 형광점의 위치를 위아래로 조절 함 자기장 (수평방향) 자기력: evB (수직방향) 1) E=0, B=0: 형광점은 화면의 중앙 2) E≠0, B=0: 전자선의 형광점이 수직방향으로 이동 극판을 빠져 나올 때의 수직위치 (전자의 전하, e=-1.6x10-19 C, 1913년 Millikan이 측정) 3) E≠0, B≠0: 전기력=자기력 균형으로 형광점이 중앙에 오도록 조정 함
직교 전자기장 2 도체 속의 전류를 이루는 전하의 극성(+/-)과 밀도 결정 홀 전위차 홀(Hall) 효과 (Edwin H. Hall, 1879년) 도체 속의 전류를 이루는 전하의 극성(+/-)과 밀도 결정 홀 전위차 V =E d : 전하의 극성에 따라 좌우 전위차의 부호가 달라짐 교차 전자기장 속에 놓인 구리판 전하밀도 전기력/자기력 평형조건: 전류밀도 정의: 위 두 결과에서 v유동 을 소거하면 [구리판 두께]
자기장 속 전하의 원운동 원운동의 궤도반지름과 각진동수 벡터곱 자기력의 특성 (힘⊥속도) (가속도⊥속도) 속도의 크기는 일정 방향만 바뀜 (원운동) 원운동의 궤도반지름과 각진동수 궤도 반지름 원운동에 필요한 구심력은 자기력이 제공 각진동수 (비상대론적 조건에서 속도에 무관: “싸이클로트론”의 원리)
나선형 궤적 전하가 자기장에 나란한 속도성분을 가질 경우 궤적은 나선형
이온질량 분석기 문제 이온의 질량은? 자기장: B= 80.000 mT 가속전압: V = 1000.0 V 이온의 전하: 1.6 x 10-19 C 표적위치: X= 1.6254 m 풀이 이온의 속도 자기장 속의 이온 원궤도의 반지름
전류가 흐르는 도선이 받는 자기력 전류 i 가 흐르는, 길이 dL 인 도선토막이 받는 자기력 자기장 속의 도선이 전류가 흐르는 방향에 따라 다르게 휘는 모습
전류고리(자기쌍극자)가 받는 회전력, 위치에너지 고른 자기장 속의 전류고리(자기쌍극자)가 받는 자기력의 효과 F1 은 위쪽, F2 는 앞쪽, F3 는 아래쪽, F4 는 뒤쪽 1) 힘: 2) 회전력: F1 과 F3에 의해 회전력이 작용 자기쌍극자가 자기장 속에서 받는 회전력과 위치에너지 자기쌍극자 모멘트 회전력 회전 위치에너지
전류가 만드는 자기장 비오-사바르 법칙과 암페어 법칙 비오-사바르(Biot-Savart)의 법칙 전류 i 가 흐르는 도선토막 ds 가 만드는 자기장 dB 암페어(Ampere)의 법칙 ≡ 적분경로 고리 C 에 둘러싸인/포함된 알짜 전류 암페어고리
암페어 법칙을 써서 아주 긴 직선도선 주위의 자기장 셈하기 도선 바깥 도선 속
코일(솔레노이드) 암페어 고리 암페어 고리 n ≡ 단위길이의 코일에 감긴 도선의 수
전류코일로 된 자기쌍극자 전류 코일의 중심축에서의 자기장 비오-사바르 법칙에서 크기 일정 적분하면
코일의 중심에서 아주 먼 곳의 자기장 자기쌍극자 모멘트 μ 인 자석이 만드는 자기장