또리's 전기이론 24. 전자에너지

1) 전자 에너지

L [H]의 자체 인덕턴스를 가지는 코일에 I [A]의 전류를 흘리면 자장이 형성됩니다. T [s] 동안, 전류가 0에서 I [A]가 되면

전류의 변화율 =I/T [A/s]

L에 유도되는 기전력=LI/T [V]

평균 전류 I'=I/2 [A]

 

T초 동안의 평균 전력량 W [J]는 L에 축전되는 전자에너지입니다.

W=VI'T=L*1/T*I/2*T=(1/2)LI^2 [J]

 

또는 자속밀도 B [Wb/m^2]와 H [AT/m]가 비례하는 경우

W=1/2*HB=1/2*μH^2=B^2/2μ [J/m^3]

 

이것은 자기장의 단위 체적에 축전된 에너지입니다.

 

2) 자기흡인력

자속이 없는 부분의 넓이를 A [m^2], 자속밀도를 B [Wb/m^2]이라 하고, 자극과 철판 사이의 간격을 x [m]라고 하면, 축적되는 에너지 W는

W=1/2*B^2/μ0*Ax [J]

 

흡인력 F에 의해서 철판이 △x만큼 이동했다면 간격 △x 사이에 축적된 에너지 △W1은

△W1=1/2*B^2/μ0*A△x [J]

 

이때 한 일 △W2는

△W2=F△x [J]

이떄 △W1=△W2이므로

F=1/2*B^2/μ0*A [N]

 

3) 자화곡선

- 전자석

직선형 솔레노이드에 전류가 흐르면 솔레노이드 내부에 자기장이 형성됩니다. 여기에 철심을 넣으면 철심은 자기장에 의해 자화되어 그 양단에 자극이 나타나 자석이 됩니다. 이것을 전자석이라고 합니다.

 

- 자화곡선과 히스테리시스 곡선

ㄱ. 자화곡선

철을 자화시키면 철심 중에는 자화에 의한 자속이 흐르게 됩니다. 이 철심 중의 자속밀도 B [Wb/m^2]는 철을 자화시킨 자장 H에 의해 변화됩니다.

H에 대해 B가 변화하는 상태를 나타낸 것으로서 이러한 관계를 자화곡선 또는 B-H 곡선이라고 합니다.

또한 H와 B의 관계가 직선적이 아니므로 철의 비투자율은 언제나 일정한 값이 아니고 B의 크기에 의해서 변화합니다.

 

※ 자기포화

H와 B의 관계에서 H가 증가함에 따라 B가 증가하여 어느 정도 크기에 이르게 되면 H를 더욱 증가시켜도 B는 거의 증가하지 않습니다.

이러한 현상을 자기포화라고 하며 B-H 곡선을 포화곡선이라고도 합니다.

 

ㄴ. 히스테리시스 곡선

철을 자화시키는 경우 B와 H사이에는 직선적인 비례관계가 아니며, 자화의 세기가 이것에 작용하는 현재의 자계에 의해서 영향을 받으므로 현재의 자화상태에 도달하기까지의 경력에 따라서 매우 달라집니다.

이러한 현상을 자기이력이라고 합니다.