[Section 3] 물질속에서의 자기장

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[INTRO] 전자기공학 미리보기

0. INTRO

외부 전기장이 존재함에 따라, 유전체 내부에서 전기장이 달라지듯, 외부 자기장이 존재함에 따라 물질 속에서의 자기장 또한 다르다. 그 달라진 자기장을 대체 자기장이라고 부르는데, 이 대체 자기장에 대해 기술해보자.

1. 물질 속의 자기장

외부 자기장이 간섭하기 전의 물질의 고유한 자기장에 의한 전류밀도를 속박 전류라고 불렀고, 이전 내용에서 그 내용을 다루었다. 외부 자기장이 간섭하게 되면, 전류밀도는 속박 전류밀도와 합한 전류밀도가 물질 속에서 작용하는 총 전류 밀도일 것이다. 

 

물질속 자기장

 

속박 전류밀도는 자화 벡터의 회전으로 치환하면, 다음과 같은 식이 성립한다.

 

치환 과정

 

이때 H를 다음과 같이 정의하고 대체 자기장이라고 부른다. 

 

자기장 H의 정의

 

2.  대체 자기장과 암페어의 법칙

대체 자기장을 통해서 우리는 물질 속에서 자유 전하에 의한 전류 밀도가 작용하게 될 자기장을 셈할 수 있다.

 

전류밀도와 자기장

 

다음과 같이 대체 자기장 식을 면 적분하면, 스토크스의 정리를 통해 대체 자기장 암페어 법칙을 유도할 수 있다.

 

자기장과 암페어의 법칙

 

3.  대체 자기장과 자기장의 관계

자기 물질을 선형적, 등방성 물질이라고 가정할 때, 대체 자기장과 자기장은 다음과 같은 관계를 가진다.

 

자기장 관계식 정리

 

이때 χ_m을 자화율(magnetic susceptibility)이라고 부른다. 

 

 

때때로 위와 같이 자화율을 절대 투자율(absolute permeability)과 상대적 투자율(relative permeability)로 기술하기도 한다.

 

* 다음 강의는 자기 물질의 분류와 경계조건입니다.

[Section 3] 자기 물질의 분류와 히스테리시스 곡선