전기산업기사 정자계와 자성체 핵심정리

자계 속 전류가 흐르는 도체는 힘을 받습니다(플레밍의 왼손 법칙).

1. F = B × I × l × sinθ
2. F = 0.5 × 10 × 0.4 × sin90°
3. F = 0.5 × 10 × 0.4 × 1 = 2N
4. 확인: 2 ÷ (0.5 × 0.4) = 10A 로 전류가 맞습니다.

틀린 선지

• 1N: sin30° 를 곱한 값입니다. 자계와 직각이면 sin90° = 1 입니다.
• 20N: 도체 길이 0.4m 를 곱하지 않은 값입니다.
• 0.2N: 자릿수를 잘못 계산한 값입니다.

원형 코일 중심의 자계는 권수와 전류에 비례하고 반지름의 2배에 반비례합니다.

1. H = N × I ÷ (2 × a)
2. H = 10 × 2 ÷ (2 × 0.1)
3. H = 20 ÷ 0.2 = 100AT/m
4. 확인: 100 × 0.2 ÷ 10 = 2A 로 전류가 맞습니다.

틀린 선지

• 약 31.8AT/m: 무한 직선 전류의 식(NI ÷ 2πr)을 잘못 쓴 값입니다.
• 200AT/m: 분모의 2를 빠뜨린 값입니다.
• 10AT/m: 권수 10회를 곱하지 않은 값입니다.

플레밍의 왼손 법칙은 전동기의 원리입니다. 왼손의 세 손가락을 서로 직각으로 폈을 때 다음과 같습니다.

1. 엄지손가락: 힘(F, 도체가 움직이는 방향)
2. 집게손가락: 자계(B)
3. 가운뎃손가락: 전류(I)

외우는 법: 엄지부터 "F·B·I" 순서입니다.

틀린 선지

• 전류의 방향: 전류의 방향은 가운뎃손가락이 가리킵니다.
• 자계(자속)의 방향: 자계의 방향은 집게손가락이 가리킵니다.
• 유도 기전력의 방향: 유도 기전력은 플레밍의 오른손 법칙에서 다룹니다.

자기 회로는 전기 회로와 닮았습니다. 기자력이 전압, 자속이 전류, 자기 저항이 저항에 해당합니다.

1. 기자력 F = N × I = 500 × 2 = 1,000AT
2. 자속 Φ = F ÷ R = 1,000 ÷ (5 × 10⁵)
3. Φ = 2 × 10⁻³ Wb
4. 확인: 2 × 10⁻³ × 5 × 10⁵ = 1,000AT 로 기자력과 같습니다.

틀린 선지

• 4 × 10⁻⁶ Wb: 기자력을 구하지 않고 전류 2A 를 자기 저항으로 나눈 값입니다.
• 5 × 10⁸ Wb: 기자력과 자기 저항을 곱한 값입니다. 자속은 나누어 구합니다.
• 500Wb: 자기 저항을 기자력으로 거꾸로 나눈 값입니다.

평행한 두 도체 사이에는 단위 길이(1m)마다 다음 힘이 작용합니다.

1. F = 2 × I1 × I2 ÷ r × 10⁻⁷
2. F = 2 × 10 × 10 ÷ 0.1 × 10⁻⁷
3. F = 2,000 × 10⁻⁷ = 2 × 10⁻⁴ N/m
4. 확인: 거리가 1m 였다면 2 × 10⁻⁵ N 이고, 거리가 1/10 이므로 힘은 10배입니다.

틀린 선지

• 1 × 10⁻⁴ N: 식의 계수 2를 빠뜨린 값입니다.
• 2 × 10⁻³ N: 거리를 제곱하여 0.01 로 나눈 값입니다. 평행 도체의 힘은 거리에 한 번만 반비례합니다.
• 2 × 10⁻⁶ N: 거리로 나누지 않고 곱한 값입니다.

앙페르의 주회 법칙으로 반지름 r 인 원을 따라 생각합니다.

1. 반지름 r 안쪽에 흐르는 전류 = I × (r² ÷ a²)
2. H × 2πr = I × r² ÷ a²
3. H = I × r ÷ (2πa²)
4. 확인: r = a 를 넣으면 I ÷ (2πa) 가 되어 표면의 값과 이어집니다.

틀린 선지

• I ÷ (2πr): 도체 바깥에서 쓰는 식입니다. 내부에서는 반지름 r 안쪽의 전류만 생각해야 합니다.
• 0: 도체 내부에도 전류가 흐르므로 자계는 0 이 아닙니다.
• I ÷ (2πa): 도체 표면(r = a)에서의 값입니다.

자성체는 비투자율(μs)로 구분합니다.

1. 강자성체: μs 가 1 보다 매우 큽니다(철, 니켈, 코발트).
2. 상자성체: μs 가 1 보다 조금 큽니다(알루미늄, 백금).
3. 반자성체: μs 가 1 보다 조금 작고, 자계와 반대 방향으로 자화됩니다(구리, 은, 비스무트).

틀린 선지

• 상자성체 (예: 알루미늄, 백금): 상자성체는 비투자율이 1 보다 조금 크고 자계와 같은 방향으로 약하게 자화됩니다.
• 강자성체 (예: 철, 니켈): 강자성체는 비투자율이 1 보다 매우 크고 강하게 자화됩니다.
• 반강자성체 (예: 산화망간): 이웃한 원자의 자기 방향이 서로 반대로 늘어선 물질로, 여기서 설명한 물질이 아닙니다.

한 변(유한 길이 직선)이 중심에 만드는 자계를 구해 4배 합니다. 중심과 한 변 사이 거리는 a/2, 양 끝을 보는 각도는 각각 45° 입니다.

1. 한 변: H1 = I ÷ (4π × a/2) × (sin45° + sin45°)
2. H1 = I ÷ (2πa) × √2 = √2 × I ÷ (2πa)
3. 네 변의 합: H = 4 × √2 × I ÷ (2πa) = 2√2 × I ÷ (πa)
4. 확인: 2√2 ÷ π ≒ 0.90 이므로 H ≒ 0.9 × I ÷ a 입니다.

틀린 선지

• √2 × I ÷ (2πa): 한 변이 만드는 자계만 구한 값입니다. 네 변이 같은 방향으로 더해지므로 4배 해야 합니다.
• I ÷ (2a): 반지름 a 인 원형 코일 중심의 식입니다.
• 4I ÷ (πa): 변의 끝 각도(45°)를 반영하지 않고 무한 직선처럼 계산한 값입니다.