2014-06-06
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김선우(fpppswth)
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회로가 아닌 그저 금속막대를 자기장내에서 자기장 방향과 수직으로 놓고 운동시킬 때
그 운동이 가속도운동이 아니라 (용수철을 빼고)등속 운동 시키더라도
금속막대 양 끝지점이 +,- 로 대전될 수 있는지 알고 싶습니다. (상황에 대한 그림첨부 하였습니다. 용수철은 부도체이고 막대도선의 운동에 따른 전자기파 발생은 무시합니다.)
또한 O지점을 지나면서 금속막대의 전류방향은 그대로인지 바뀌게 되는지도 궁금합니다.
감사합니다.
그 운동이 가속도운동이 아니라 (용수철을 빼고)등속 운동 시키더라도
금속막대 양 끝지점이 +,- 로 대전될 수 있는지 알고 싶습니다. (상황에 대한 그림첨부 하였습니다. 용수철은 부도체이고 막대도선의 운동에 따른 전자기파 발생은 무시합니다.)
또한 O지점을 지나면서 금속막대의 전류방향은 그대로인지 바뀌게 되는지도 궁금합니다.
감사합니다.
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답변 2
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답변
안길홍님의 답변
2014-06-07- 1
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실험1: Faraday법칙에 의하여 전기장은 자기장을 유도하고, 자기장은 전기장을 유도합니다.
지금 전자기장의 유도에 관한 질문인데, 간단한 실험을 하시기 바랍니다. 금속막대의 양단에
직류voltage로 multi-tester기를 연결하여 lead선 양단을 악어 클립으로 연결한 후 직접하여 보시면
간단히 해결 됩니다. 100번 말로써 설명하는 것보다 한번 실험하여 보면 더 확실히 알 수 있습니다.
(전자기파 발생은 높은 주파수에 의하여서 발생됩니다. 그냥 막대금속을 왔다 갔다 하는 정도로써는
전자기파의 발생이 일어나지 않습니다)(금속막대 양끝의 전선연결이 없음: 개방회로): 도선에 흐르는 전도전류에 의하여 도선을 중심으로하여 자기장이 발생하며 이에 대응하는 역기전력이 금속막대에서 일어나게 됩니다. 따라서 (+)에 대응하여 (-)가 유도되고, (-)에 대응하여 (+)가 유도됩니다.
실험2: 단순히 금속막대만으로써는 전자기 유도를 일으킬 수 없으며, 직류는 회로가 형성되어야 전기가 흐릅니다. 다시 말하면 막대만으로는 회로가 형성되지 않고 단선이 되어 있습니다. 따라서 막대의 양단을 전선으로 연결하여 폐쇄히로를 이루어 주어야 된다는 것을 유념하시기 바랍니다. -
답변
이응신님의 답변
2014-06-07- 1
일반적으로 패러데이 법칙을 유도하기 위해서는 로렌츠 힘에 의한 전하의 운동을 따집니다. 금속막대가 균일한 자기장에서 등속도로 운동할 때 폐회로가 형성되면 로렌츠 힘에 의해 전위차가 생기고 결과적으로 전류가 흐르게 됩니다. 로렌츠 힘: F = q(E + v X B) 으로 벡터 외적을 하여 전하가 받는 힘의 방향을 구합니다.
만약 금속막대가 움직일 때 폐회로가 형성되지 않으면 금속막대의 양끝에 전자가 몰리고 반대쪽에서는 자유전자가 부족한 상태가 되므로 (+)가 되어 금속막대 양끝에 전위차가 발생되고 전류는 흐르지 않습니다.
본 문제와 같은 경우는 막대가 단진자운동을 하여 가속운동을 하므로 단순한 로렌츠 힘으로 설명하기 어렵습니다. 따라서 페러데이 법칙도 단순하게 유도할 수 없습니다.
전자기학 교재를 보면 (대학원에서 사용하는 어려운 책) 에이브래햄-로렌츠 힘(Abraham-Lorentz force)이 나옵니다. 가속운동을 하거나 가속운동이 변할 때 발생하는 힘에 대하여 잘 설명하고 있습니다. 여기에서 가속운동이 변하는 경우 (jerk가 일어날 때)를 제외한 상태에서 등가속도 운동을 한다고 가정하고 일어나는 상황을 알아볼 수 있습니다.
전하가 가속운동을 하기 때문에 당연히 전자기파가 발생합니다. 속도가 느리든 빠르든 관계가 없습니다. 가속운동만 하면 전자기파가 발생합니다. 맥스웰 방정식을 보면 전하가 가속운동을 할 때 전자기파가 발생하는 이유를 설명하고 있습니다. 퍼셀의 전자기학 교재를 보면 이런 경우의 운동과 전자기파 발생을 자세히 설명하고 있으니 참고하면 됩니다.