자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향

자석 사이에 전선을 놓고 전류를 흘려주면 자석에 의한 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선이 힘을 받게 됩니다. 다시 말하면 자기장 속에서 전류가 흐르는 전선은 자기력을 받게 되는 것인데요, 자기장에서 전류가 흐르는 전선이 받는 힘, 즉 자기력은 그 방향이 전류와 자기장의 방향에 각각 수직이 됩니다. 이를 좀 자세히 설명해 볼게요.

 

전선이 받는 자기력의 방향

자기장 속에 전류가 흐르는 전선이 있을 때 오른손의 엄지손가락이 전류의 방향이라고 하고, 나머지 네 손가락이 자기장의 방향을 가리키도록 하면 손바닥이 향하는 방향이 자기력의 방향이 됩니다.

 

자기장의 방향이 B, 전류의 방향이 i일 때 자기력의 방향은 F가 된다. 이미지 출처: britannica.com

 

위의 이미지를 보면 좀 더 쉽게 이해가 될 텐데요, 오른손을 들어서 엄지손가락이 전류의 방향(i)이 되고 자기장의 방향이 나머지 네 손가락의 방향(B)이 될 때 자기력의 방향은 손바닥이 향하는 방향(F)이 됩니다.

 

여기서 우리가 잘 이해해야 되는 것은 아래의 세 가지 케이스인데요, 오른손으로 확인해 보면서 읽어보시면 도움이 될 것 같네요.

 

1. 전류의 방향은 같고 자기장의 방향만 반대가 되면 자기력의 방향도 반대가 된다.
2. 자기장의 방향은 같고 전류의 방향만 반대가 되면 자기력의 방향도 반대가 된다.
3. 전류의 방향과 자기장의 방향이 모두 반대가 되면 자기력의 방향은 그대로이다.

 

간단하게 생각해서 자기장의 방향이 반대가 되거나 전류의 방향이 반대가 되면 자기력의 방향도 반대가 되고, 자기장의 방향과 전류의 방향이 모두 반대가 되면 자기력의 방향은 변하지 않는다는 것이죠.

 

전선이 받는 자기력의 크기

전류의 세기가 셀수록 자기력의 크기가 세지며 자기장의 세기가 클수록 자기력의 크기 역시 세지게 됩니다. 이를 조금 더 확장해서 생각해 보면 자기력의 크기, 즉 전선이 받는 힘의 크기를 세게 하기 위해서 전류를 세게 흘려주어야 하는데 이는 전압을 높이거나 저항을 작게 하는 것으로 연결이 되겠죠. 그리고, 자기장의 세기를 크게 하기 위해서는 강한 자석을 사용하면 되고요. 또한 아래 이미지와 같이 전류의 방향과 자기장의 방향이 수직일 때 자기력의 크기는 가장 크게 되고 평행일 때는 자기력이 작동하지 않습니다. 전류의 방향과 자기장의 방향이 이루는 각도가 클수록 전선이 받는 힘의 크기가 크다라고 이해를 하면 됩니다.

 

전류와 자기장의 방향이 이루는 각도에 따라 전선이 받는 힘의 크기가 다르다.

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이 내용을 이해하면 전동기의 원리에 대해서도 이해를 할 수 있는데요, 이건 다음 포스팅에 정리를 해보겠습니다.