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자기학: 학습 가이드

핵심 개념

자기장은 움직이는 전하가 만들고 움직이는 전하에 작용한다. 힘은 항상 자기장과 속도에 모두 수직이므로 운동의 방향은 바꾸지만 속력은 바꾸지 않는다.

  • 전하에 작용하는 힘은 F = qvB sin θ이고 도선에서는 F = BIL sin θ이다. 운동이 자기장 방향이면 0이다.
  • 균일한 자기장에 수직으로 움직이는 하전 입자는 반지름 r = mv ÷ (qB)인 원을 그린다.
  • 긴 직선 도선은 B = μ₀I ÷ (2πr)의 자기장을 만들고, 솔레노이드 내부는 B = μ₀nI이다(n은 미터당 감은 수).
  • 평행한 두 도선은 전류가 같은 방향이면 끌어당기고 반대 방향이면 밀어낸다.

핵심 식

  • F = qvB sin θ
  • F = BIL sin θ
  • B = μ₀I ÷ (2πr)
  • B = μ₀nI (solenoid)
  • r = mv ÷ (qB)
  • F ÷ L = μ₀I₁I₂ ÷ (2πd)
  • Φ = BA cos θ

풀이 예제

양성자(q = 1.6 × 10⁻¹⁹ C, m = 1.67 × 10⁻²⁷ kg)가 0.10 T의 자기장에 수직으로 1.0 × 10⁶ m/s로 움직인다. F = qvB = 1.6 × 10⁻¹⁹ × 1.0 × 10⁶ × 0.10 = 1.6 × 10⁻¹⁴ N. 반지름은 r = mv ÷ (qB) = 1.67 × 10⁻²⁷ × 1.0 × 10⁶ ÷ (1.6 × 10⁻¹⁹ × 0.10) = 0.10 m이다.

자주 하는 실수

  • 자기장 방향으로 움직이는 전하에 힘이 작용한다고 기대하는 것. 그 경우 힘은 0이다.
  • 음전하일 때 오른손 법칙의 방향을 뒤집는 것을 잊는 것.
  • 자기력이 입자를 가속한다고 생각하는 것. 자기력은 일을 하지 않으므로 속력은 일정하다.

연습

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자기장 속 하전 입자 시뮬레이터

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