자기장 - 개념, 기원, 유형 및 특징

자기장이 무엇인지, 어떻게 생성되는지, 그 특성은 무엇인지 설명합니다. 우리는 또한 지구 자기장에 대해서도 이야기합니다.

자기장은 쌍극성이며 북극과 남극이 있습니다.

자기장이란 무엇입니까?

자기장은 자기력이 자기 소스 주변 공간 에  분포되는 방식을 수학적으로 표현한 것 입니다. 이 소스는 자석 , 이동 전하 또는 전류 (많은 이동 전하)일 수 있습니다. 이러한 요소 중 하나가 존재할 때마다 그 주위에는 자기장, 즉 자기력장이 있게 됩니다. 이 자기장 외부에는 자기 효과가 없습니다.

자기장의 기본 특성은 쌍극성이라는 것입니다  . 즉, 양극과 음극이라고도 불리는 북극과 남극이 있습니다 . 전하(예: 전자 )에 의해 생성될 수 있는 전기장 과 달리 자기장을 생성하는 "자기 전하"는 없습니다. 자기장은 항상 두 개의 극과 연관되어 있습니다. 결과적으로 자석의 경우처럼 자기력선은 항상 닫혀 있습니다. 즉, 북극을 떠나 남극에 도달합니다.

참조: 중력장

자기장의 기원

자기장이 존재하려면 자기 에너지원  (예: 자석), 움직이는 전하 또는 전류가 있어야 합니다 . 이러한 요소는 자기장을 생성할 수 있는 유일한 요소이자 이에 영향을 받을 수 있는 유일한 요소입니다.

전하(예: 공간에서 이동하는 전자)는 주변에 다른 이동 전하에 힘을 가하는 자기장을 생성합니다. 전류에서도 같은 일이 일어납니다.

자석의 경우에는 움직이는 전하가 없기 때문에 특별하지만 오히려 이러한 물질은 특정 복잡성을 지닌 특정 미세 현상으로 인해 자기장을 생성합니다.

앙페르의 법칙과 맥스웰의 방정식에 의해 설명된 바와 같이, 자기장과 전기장은 자연계 에 종종 함께 존재합니다 . 자기장의 시간에 따른 특정 변화는 전기장을 생성합니다. 이 두 필드의 공존에 대한 좋은 예는 빛 과 같은 전자기 방사선입니다 .

자기장의 존재는 자력계라는 장치를 사용하여 확인할 수 있습니다.

자기장의 종류

전자석은 전류의 전하 이동에 의해 생성됩니다.

자기장은 생성원에 따라 분류될 수 있습니다.

• 자석에서 나오는 자기장. 자석은 물리학 에서 전자 스핀 (스핀 자체로 생각하면 이해할 수 있음) 에 의해 생성되는 영구 자기장을 갖는 특수성을 갖는 재료입니다 . 반면, 외부 자기장에 의해 자화되면 자석이 될 수 있는 금속이 있습니다.

• 전류에서 나오는 자기장. 모든 움직이는 전하는 자기장을 생성합니다. 따라서 전류는 자기장도 생성합니다. 예를 들어, 전자석(위 그림과 같은)은 배터리를 사용하여 금속 에 감긴 케이블을 통해 전류가 순환되는 장치입니다. 이 전류는 금속을 자화시키고 또 다른 자기장을 생성하는 자기장을 주변에 생성합니다. 따라서 전자석은 전류를 변경하면 자기장이 변경되므로 가변 자기장을 생성하는 데 사용됩니다.

자기장의 방향

자기장선은 우리에게 그 방향을 알려줍니다.

 자기장의  방향  은 자기력이 가리키는 방향을 나타내는 선이나 벡터를 사용하여 설명할 수 있습니다 . 위 그림에서 자석에 의해 생성된 자기장의 선을 명확하게 볼 수 있으며, 이는 자석이 금속 입자와 상호 작용하는 힘의 방향을 나타냅니다.

자기장이 방향을 가지고 있다는 사실은 그것이 벡터라는 것을 의미합니다. 모든 힘 은 벡터량, 즉 속도와 같은 방향과 의미를 갖는 크기를 나타냅니다. 자기장은 자기력에 비례하므로 벡터량이기도 합니다. 사실, 자기장에 잠겨 움직이는 입자가 느끼는 자기력은 항상 자기장의 방향과 속도에 수직이라는 점에 주목하는 것이 흥미롭습니다.

지구 자기장

지구 자기장은 태양으로부터의 방사선을 편향시킵니다.

우리 행성에는 지자기장이라고도 불리는 자연적인 자기장이 있습니다. 지구의 중심에는 고온 으로 인해 녹은 철이 있습니다 . 지구의 자전으로 인해 이 금속 액체는 끊임없이 움직이며 전류를 형성합니다(금속이 움직이면 금속을 구성하는 전자도 움직입니다). 이 전류는 지구 자기장을 생성하는데, 이는 너무 강해서 지구 표면에서 빠져나갑니다.

지구 자기장은 생명체에게 매우 위험한 태양으로부터의 방사선을 편향시키기 때문에 매우 중요한 역할을 합니다 . 지구 자기장이 없으면 대기는 우주선에 의해 파괴될 것입니다 . 우리가 항해에 사용하는 나침반은 이 자기장과 상호 작용합니다. 나침반의 자화된 바늘은 항상 지구의 자기장과 정렬되어 북쪽을 나타냅니다. 또한, 많은 철새 동물은 행성의 자기장을 사용하여 방향을 정하고 일년 중 특정 기간 동안 항상 같은 방향으로 이동합니다.