[electric machine] 1-1 자기장, 기자력, 자기저항

해당 게시글은 전기기계 정승기 교수님의 책을 정리하고, 그동안 배운 내용들을 정리하기 위해 포스팅을 합니다. 개인적으로 1장의 개념을 완벽하게 해야 그 이후로 혼동이 안생깁니다.

---

1-1. 자기장, 기자력, 자기저항

학창시절 배운 것처럼 자석은 자석 자체로 존재하는 것이 아니라 자석 주변 공간에 자기장이 형성되어 있습니다. 이 자기장을 자기력선으로 나타냅니다. 

나침판을 자기장에 놓으면 그 방향을 나타낸다는 중학교때 실험처럼 자기력선은 N극에 나와 S극에 들어갑니다. 또한 자석 내부에서 폐루프를 이룹니다. 자석이 강할수록 자기력선의 수가 많아지는데 이를 자속 Φ 이라 부르며, Wb(Weber)의 단위를 사용합니다. 나중에는 정말 많은 관계들이 나오는데 이때, 단위를 잘 사용해야합니다. 

자기력선은 자석 근처에서 빽뺵하므로 그곳에서 자기장이 강하고, 자석과 먼 곳에서는 자기장이 약합니다. 따라서 밀도로 이를 표현하는 방식이 필요한데 그것이 자속밀도입니다. 기호는 B 단위는 밀도이므로 Wb/ ㎡  으로 사용하기도 하고 T(Tesla)로도 표현합니다. 교수님들이 항상 이 단위를 이야기할 때마다 추가적인 이야기를 하고 싶어 미소를 짓습니다. 

자기장은 전류에 의해서도 만들어집니다. 도체에 전류가 흐르면 주위에 영구자석 주변에서 오른손법칙에 의해 해당 도선에서 자기장이 형성됩니다. 

이제 전류가 흐르는 이 도선을 구부려 보겠습니다.

 

위 그림에서 왼쪽이 도선을 구부린 모양이고 이곳에 전류를 흘리면 자기력선이 형성됩니다. 왜 저렇게 형성될까요?
그림을 자세히 보면 코일 각각에 조그맣게 오른손법칙에 의해 자기력선이 형성됩니다. 이 자기력선들을 합쳐보면 큰 자기력선이 저렇게 형성된다고 볼수 잇는 것입니다. 이제 오른쪽을 보면 이와 같이 코일을 여러 감게 되면, 자기력선의 크기가 훨씬 커지게 됩니다. N회 턴을 감았는데 마치 전류가 N배 된 전류가 형성하는 자기력선을 형성하는 것처럼 나타내는 것입니다. 이를 기자력이라고 합니다. 따라서 기자력은 힘의 단위처럼  F (A-t) 로 나타내고, 이는 N*i 라고 할 수있습니다. 

기자력 F와 자속 Φ는 어떤 관계를 가지는데 자기력을 자속으로 나눈 값을 자기저항R 이라고 나타냅니다. 또는 릴럭턴스 라고 나타냅니다.  1Wb의 자속을 만들어내는데 필요한 기자력이라고도 이야기할 수 있습니다. 자기저항이 크면 같은 기자력에서 자속의 양이 줄고, 자기저항이 작으면  작은 기자력으로도 큰 자속이 만들어집니다. 참고로 자기저항의 단위는 H(헨리)의 역수입니다. 

잠깐, 다시 좀 더 쉽게 이야기하자면 자기저항이 작은 곳에서 턴수를 조금만 감거나, 전류를 조금만 흘려도 동일한 자속을 만들 수 있다는 것입니다. 자기저항과 관련된 건 자속의 경로가 지나는 물질인데, 어떤 물질로 이루어져 있는지에 따라 달라집니다. 

---

지금까지 자기장, 기자력, 자기저항에 대해서 학습했습니다. 다음 게시글에는 자화, 자기포화,철심 등에 대해 포스팅하겠습니다.  푸키였습니다.