또리's 전기이론 22. 전자력

1) 전자력의 방향과 크기

- 전자력의 방향

자장과 전류 사이에 작용하는 힘을 전자력이라 하며, 전자력의 방향은 플레밍의 왼손법칙에 따릅니다.

즉, 왼손의 가운데손가락을 전류, 집게손가락을 자장의 방향으로 하면 엄지손가락의 힘의 방향이 됩니다.

즉, 회전력이 발생하며 전동기의 원리가 됩니다.

 

- 전자력의 크기

자속밀도가 1 [Wb/m^2]인 평등 자장 중에 자장과 직각방향으로 1 [A]의 전류가 흐르는 도체에는 도체의 단위 길이 1 [m]당 1 [N]의 전자력이 작용합니다.

즉, B [Wb/m^2]인 평등 자장 중에서 자장과 직각방향으로 길이 l [m]인 도체에 전류 I가 흐를 때 발생되는 전자력은 다음과 같습니다.

F=(I×B)l=IBlsinθ [N]

=IBl [N] (도체와 직각인 경우)

 

2) 코일에 작용하는 힘

자속밀도 B [Wb/m^2]인 평등 자장 중에 길이 a [m]이고, 폭이 b [m]인 권수 N회의 구형 코일을 그 면이 자장과 평형이 되도록 설치하고, 여기에 전류 I [A]를 흐르게 하면 코일에 전자력이 작용합니다.

힘 F=IBaN [N]

회전력 T=Fb=IBaN [N·m]

T=Fbcosθ=IBabNcosθ [N·m]

=NIBScosθ [N·m] (S=ab)

 

3) 평행 도체 사이에 작용하는 힘

일정한 간격을 유지하고 평행을 이루고 있는 2개의 도체에 전류가 흐르면 각각의 도체에는 왼손법칙에 따른 힘이 작용합니다.

동일한 방향의 전류가 흐를 때에는 두 전선 사이에는 흡인력이 작용하고, 전류의 방향이 서로 반대인 경우에는 반발력이 작용합니다.

전선A에 전류 I1에 의해 전선B의 위치에 형성되는 자기장 H [AT/m]는 다음과 같습니다.

H=I1/2πr [AT/m]

B=μ0H=4π*10^-7*H

=4π*10^-7*(I1/2πr)

=2*10^-7*(I1/r)

 

전선B의 1 [m]당 작용하는힘 F는 다음과 같습니다.

F=BI2l=2*10^-7*(I1/r)*I2*1=(2I1I2/R)*10^-7 [N]