> 김광수님께서 말씀하시길....
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> 안녕하세요.
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> 쇠못에 종이를 감아서 에나멜선을 감아 전자석을 만드는 실험에서 궁금한게 있어서 질문을 올립니다.
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> 쇠못이 두꺼울수록 강한 전자석이 형성되잖아요.
> 그러면 두께는 그대로이고 길이만 길어지면 전자석의 세기는 어떻게 되는지 궁금합니다.
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> 검색을 해보니 쇠못의 길이가 길어지면 에나멜선을 더 많이 감을 수 있어서 전자석의 세기가 세어진다고 하는데요.
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> 그럼 에나멜선 감은 수는 변화없이 두고 길이만 더 긴 쇠못(쇠목의 두께, 단면적은 그대로 일 경우)을 사용하면 전자석의 세기는 어떻게 되는지 알려주세요.
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> 자세한 설명 부탁드립니다.
> 감사합니다.
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쇠못에 에나멜선(코일)을 감아서 전자석을 만드는 경우 쇠못 내부에 형성되는 자기장의 세기는 다음과 같습니다. (이러한 전자석을 솔레노이드라고 합니다)
B = μI N/L
여기서 μ는 쇠의 투자율, I는 코일에 흐르는 전류, N은 전체 감긴횟수, L은 솔레노이드의 길이입니다, 따라서 N/L은 단위길이당 감긴횟수가 됩니다.
식은 단순하지만 쇠못으로 만든 전자석에서 다음과 같은 점을 고려해서 전자석의 세고 약한것을 따져야 할 것입니다.
1. 자기장 B의 크기가 크면 센 전자석이라 할 수 있지만 실제로 이것으로 다른 쇠를 당길때는 다른 쇠에 미치는 자기장의 범위와 자기장의 크기를 다 같이 고려해야 한다. 즉, 자기장이 동일하더라도 그 범위가 넓게 형성되면 다른 쇠를 당기는 힘이 커진다. 이러한 개념이 자기선속이다. 따라서 전류가 같이 흐르고 N/L 역시 같다고 하더라도 전자석의 반경이 커지면 센 전자석이 된다. 그러므로 두꺼운 쇠못이 센 전자석이 된다고 할 수 있다.
2. 그러나, 같은 코일을 쓰더라도 감긴횟수가 많아지거나 반경이 커져서 길이가 길어지면 전자석에 흐르는 전류가 줄어드는 것을 감안해야 한다. 전자석의 경우 주로 직류로 구동하므로 코일의 길이에 저항이 비례한다. 따라서 전류는 감긴 길이에 반비례한다. (같은 전압을 걸어준다고 할때)
두꺼운 쇠못의 경우코일의 길이가 길어져서 전류가 적게 흐른다. 따라서 자기장이 적게 만들어진다. 그러나 단면적이 커져서 센 자석으로 작동한다. 총체적으로는 두 효과를 동시에 반영해야 한다.
3. 전자석을 동일한 밀도로 감되 전자석의 길이를 길게 만든다면 코일에 흐르는 전휴가 줄어든다. 따라서 쇠못의 내부로 흐르는 자기장은 줄어든다. 따라서 약한 자기장이 만들어진다.
4. 실제 건전지는 내부저항을 가지고 있기 때문에 코일의 길이가 길어져서 저항이 늘어나는 것에 반비례해서 전류가 적게 흐르는 것은 아니다. 앞의 설명은 전지의 내부저항을 0이라고 가정한 것이다.
이러한 모든 것을 종합해서 판단해야 합니다.
참고로 솔레노이드에서 생기는 자기장은 본 사이트의 웹교재->전기와자기->자기장->앙페르법칙에서 정리하고 있습니다.
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님이
남겨주셨습니다.
[Re]전자석 못의 길이와 전자석의 세기