전자학 - 개념, 응용 및 예제

2024-11-21특리14

우리는 전자기학이 무엇인지, 그리고 그 응용이 무엇인지 설명합니다. 또한, 그 역사와 사례.

전자기학은 전기 현상과 자기 현상 사이의 관계를 연구합니다.

전자기학이란 무엇입니까?

전자기학은 전기 현상과 자기 현상 사이의 관계 , 즉 하전 입자 와 전기장 과 자기장 사이의 상호 작용을 연구 하는 물리학 의 한 분야입니다 .

1821년에 영국인 마이클 패러데이(Michael Faraday)의 과학적 연구로 전자기학의 기초가 알려졌고 , 이로 인해 이 분야가 탄생했습니다 . 1865년 스코틀랜드 제임스 사무원 맥스웰(Scot James Clerk Maxwell)은 전자기 현상을 완벽하게 설명하는 네 가지 "맥스웰 방정식"을 공식화했습니다.

참조: 정전기

전자기학의 응용

나침반은 전자기력에 의해 작동합니다.

전자기 현상은 특히 엔지니어링, 전자 , 건강 , 항공학 또는 토목 건축과 같은 분야에서 매우 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다. 나침반, 스피커, 초인종, 자기 카드, 하드 드라이브 등 우리가 거의 깨닫지 못하는 사이에 일상 생활에 나타납니다.

전자기학의 주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

전기 .
자기 .
전기 전도성 및 초전도성.
감마선과 엑스레이.
전자기파 .
적외선, 가시광선 및 자외선.
전파와 전자레인지.

전자기학 실험

간단한 실험을 통해 다음과 같은 전자기 현상을 이해할 수 있습니다.

전기 모터. 전기 모터 작동의 기본 개념을 보여주는 실험을 수행하려면 다음이 필요합니다.

자석
AAA 배터리 1개
나사
길이 20cm의 전기 케이블 조각

첫 번째 단계. 나사 끝을 배터리 음극 단자에 놓고 자석을 나사 머리에 놓습니다. 자력 으로 인해 요소들이 어떻게 서로 끌어당기는지를 볼 수 있습니다 .
두 번째 단계. 케이블 끝을 배터리의 양극 및 자석(배터리의 음극에 나사와 함께 있음)과 연결합니다.
결과. 배터리-나사-자석-케이블 회로는 자석에 의해 생성된 자기장을 통해 전류가 흐르고 "로렌츠 힘"이라고 하는 일정한 접선 력 에 의해 고속으로 회전하는 회로로 구성됩니다. 반대로, 스택의 극을 뒤집어 조각을 결합하려고 하면 요소가 서로 밀어냅니다.

패러데이 케이지 . 아래는 전자기기에서 전자파가 어떻게 흐르는지 이해하는 실험 입니다이를 위해서는 다음 요소가 필요합니다.

배터리로 작동되는 휴대용 라디오 또는 휴대폰
1cm 이하의 구멍이 있는 금속 격자
그릴을 자르기 위한 펜치나 가위
금속 그릴을 연결하는 작은 와이어 조각
알루미늄 호일(필요하지 않을 수도 있음)

첫 번째 단계. 원통을 조립할 수 있도록 높이 20cm, 길이 80cm의 직사각형 금속 메쉬 조각을 자릅니다.
두 번째 단계. 직경 25cm의 또 다른 원형 금속 메쉬 조각을 자릅니다(원통을 덮을 수 있을 만큼 커야 합니다).
세 번째 단계. 금속 메쉬 직사각형의 끝을 연결하여 원통을 만들고 와이어 조각으로 고정합니다.
네 번째 단계. 무전기를 금속 원통 안에 놓고 금속 메쉬 원으로 원통을 덮습니다.
결과. 외부로부터의 전자파가 금속을 통과할 수 없기 때문에 라디오의 재생이 중단됩니다 .
라디오 대신 휴대폰을 삽입하고 해당 번호로 전화를 걸어 벨을 울리면 벨이 울리지 않습니다. 벨이 울리면 구멍이 더 작고 두꺼운 금속 그릴을 사용하거나 휴대폰을 알루미늄 호일로 감싸야 합니다. 휴대전화로 통화하다가 엘리베이터에 들어갈 때도 비슷한 일이 발생하는데, 이로 인해 신호가 끊어지는 현상이 바로 '패러데이 새장' 효과입니다.

전자기학은 무엇에 사용됩니까?

전자기학을 통해 전자레인지나 텔레비전과 같은 장치를 사용할 수 있습니다.

전자기학은 인간의 필요를 충족시킬 수 있는 수많은 응용 분야가 있기 때문에 인간 에게 매우 유용합니다 . 전자기 효과로 인해 일상적으로 사용되는 많은 장비 . 예를 들어, 집 안의 모든 커넥터를 통해 순환하는 전류는 전자기력으로 인해 작동하는 다양한 용도(전자레인지, 팬, 믹서기, 텔레비전 , 컴퓨터 )를 제공합니다.

자기와 전자기학

자성은 자성 물질과 움직이는 전하 사이의 인력 또는 반발력을 설명하는 현상 입니다 .

전자기학은 정지 또는 운동 중인 전하에 의해 생성되는 물리적 현상을 포함하며 , 이는 전기장, 자기장 또는 전자기장을 발생시키고 기체 , 액체 또는 고체 상태일 수 있는 물질에 영향을 미칩니다 .

전자기학의 예

초인종은 전하를 받는 전자석을 통해 작동합니다.

전자기학에는 수많은 예가 있으며 가장 일반적인 예는 다음과 같습니다.

종. 스위치를 누르면 소리 신호를 발생시킬 수 있는 장치입니다. 이는 전하를 받는 전자석을 통해 작동하며 , 이는 금속 표면에 충격을 가하는 작은 망치를 끌어당겨 소리를 내는 자기장(자기 효과)을 생성합니다 .
자기부상열차. 레일 위를 달리는 전기기관차와는 달리, 하부에 위치한 강력한 전자석과 자기력에 의해 지지되고 추진되는 이동수단입니다.
전기 변압기. 교류의 전압 (또는 장력)을 높이거나 낮추는 전기 장치입니다 .
전기 모터. 전기 에너지를 기계적 에너지 로 변환하여 내부에서 생성되는 자기장의 작용으로 움직임을 생성하는 장치입니다 .
발전기 회전 운동의 기계적 에너지를 사용하여 전기 에너지로 변환하는 발전기입니다.
전자레인지. 마이크로파 주파수에서 전자기 방사선을 생성하는 전기 오븐입니다. 이러한 방사선은 음식 의 물 분자를 진동 시켜 빠르게 열을 발생시켜 음식을 요리합니다.
MRI. 유기체의 구조와 구성에 대한 이미지를 얻는 건강 검진입니다. 이는 기계에 의해 생성된 자기장, 자기 공명기(자석처럼 작동), 인체에 포함된 수소 원자 의 상호 작용으로 구성됩니다. 이러한 원자는 장치의 "자석 효과"에 의해 끌어당겨지고 이미지에 포착되어 표시되는 전자기장을 생성합니다.
마이크. 음향에너지 (소리)를 감지하여 전기에너지로 변환하는 장치입니다 . 이는 자기장 내의 자석에 의해 끌어당겨지고 수신된 소리에 비례하는 전류를 생성하는 멤브레인(또는 다이어프램)을 통해 수행됩니다.
행성 지구. 우리 행성은 핵(철, 니켈과 같은 금속으로 형성됨 ) 에서 생성되는 자기장으로 인해 거대한 자석처럼 작동합니다 . 지구의 자전으로 인해 하전 입자( 지구 핵에 있는 원자의 전자 ) 흐름이 생성됩니다 . 이 전류는 행성 표면 위로 수 킬로미터까지 확장되는 자기장을 생성하고 유해한 태양 복사를 밀어냅니다.

전자기학의 역사

기원전 600년 C. 밀레토스의 그리스 탈레스는 호박 조각을 문지르면 전하가 생겨서 짚이나 깃털 조각을 끌어당길 수 있다는 것을 관찰했습니다.
1820년 덴마크의 한스 크리스티안 외르스테드는 처음으로 전기와 자기 현상을 통합하는 실험을 수행했습니다. 이는 전류가 순환하는 도체에 자화된 바늘을 가까이 가져가는 것으로 구성되었습니다. 바늘은 도체에 자기장이 존재한다는 것을 보여주는 방식으로 움직였습니다.
1826. 프랑스인 앙드레 마리 앙페르는 전기와 자기의 상호 작용을 설명하는 "전기 역학"이라는 이론을 개발했습니다. 게다가 그는 전류 자체를 명명하고 흐름의 강도를 측정한 최초의 사람이었습니다.
1831년 영국의 물리학자이자 화학자인 마이클 패러데이(Michael Faraday)는 전기분해와 전자기 유도의 법칙을 발견했습니다.
1865. 스코틀랜드 제임스 클러크 맥스웰(Scot James Clerk Maxwell)은 전자기 현상을 설명하는 4가지 "맥스웰 방정식"을 공식화하여 전자기학의 기초를 공개했습니다.