모터가 어떻게 동작하는지 궁금해 본 적이 있나요? 릴레이가 어떻게 동작하는지 궁금해 본 적은 있나요? 많은 응용 제품에서 전기 설계 시 전자기는 핵심 요소입니다. 본 게시글은 도체 주변에 어떻게 자기장이 형성되는지에 대한 기본적인 이해를 제공하기 위함 입니다. 계산은 보다 심화 과정이므로 하지는 않겠지만, 아래의 예제들은 전자기를 사용하는 기술의 동작을 이해하는 데 있어 좋은 출발점이 될 것입니다.
전자기
전도성 물질을 통과하는 전류는 전류가 흐르는 방향에 수직인 "오른손 법칙"에 따른 특정 방향으로 자기장을 생성합니다. 서로 다른 설명이 필요한 두 가지 “기본” 형태의 도체가 있으며, 하나는 곧은 전선이며 다른 하나는 코일 전선입니다.
곧은 전선
곧은 전선의 시각적 예시
오른손으로 전선을 “잡고” 있다면 엄지손가락 방향으로 흐르는 전류를 가상해보십시오. 자기장은 도체 주변 3차원 공간에 형성됩니다; 다른 네 손가락이 전선을 어떻게 감느냐가 자기장의 방향과 모양입니다. 아래는 결과를 보여주는 짧은 애니메이션으로 좀 더 도움이 될 수 있을 것입니다:
자기장은 전선 주변을 특정 방향으로 휘감을 뿐만 아니라, 또한 세기가 감소하면서 중앙으로부터 "확장"합니다. 위 애니메이션 속 회색 면 위에 강자성 바늘이 있다면, 자기장의 "북극"은 지구의 남극에 끌릴 것입니다.
참고: 전류가 전체 전선에 흐르는 한 자기장은 전선 전체에 전파됩니다.
코일 전선
코일 전선은 시계 방향 또는 반시계 방향으로 도는 많은 "루프"로 구성되어 있습니다. 루프는 한 방향으로 들어온 전류가 반대 방향으로 나가면서 반대 방향으로 회전하는 자기장을 생성하기 때문에 전자석을 만드는데 특히 유용합니다. 자기장이 상호작용을 할 때, 두 자기장은 동일한 상대 방향을 가리키기 때문에 중심의 자기장을 증가시킵니다. 아래는 이 현상을 보다 잘 설명하기 위한 그림입니다:
자기장 화살표가 회색면에서 동일한 상대 방향으로 돌면서 중심에서 만난다는 점에 주목하십시오. 이 자기장들은 서로 충분히 가깝기때문에 결과로 생긴 중심 자기장의 세기는 더 커집니다. 이 동작은 인덕터, 기계적 릴레이 및 변압기와 같은 기술에서 볼 수 있는 코일 전선처럼 여러 개의 루프를 통해 훨씬 강력해 집니다.
코일 전선의 시각적 예시
코일 전선은 일반적으로 강자성 코어 또는 투과성이 높은 물질에 감겨져 있습니다. 이번에는 전선이 감겨진 고체 물질을 잡고 있는 것으로 묘사하였습니다. "막대"를 감은 네 손가락은 코일과 전류 흐름의 방향을 나타냅니다. 엄지는 이제 북극의 위치 뿐만 아니라 자기장이 엄지에 가장 가까운 끝에서 어느 방향으로 나오는지를 나타냅니다.
하늘색 선은 코일의 각 굴곡 주변의 작은 자기장입니다. 시계 방향 자기장은 모두 위에서 아래로 돌며 코일의 중심을 “가리키고” 있습니다. 반시계 방향 코일의 경우 반대이며, 자기장은 아래에서 위로 돌며 중심을 가리킵니다. 다시 얘기하지만, 실제로 자기장은 코일 전체를 360도 감싸고 있습니다. 또한 세기가 감소하면서 바깥쪽으로 방사합니다. 아래는 해당 동작을 보여주는 다른 애니메이션입니다:
전류의 방향을 반대로 하면, 자기장의 극성이 다음과 같이 바뀝니다:
아래는 전자기장이 관련된 기술의 네 가지 예제입니다.
변압기
특히 변압기는 자기장이 한 쪽에서만 발생할 뿐만 아니라 루프의 수(권선 비율)이 서로 다른 조합을 사용합니다. 교류는 초당 60번(미국) 또는 초당 50번(유럽) 양전압과 음전압 사이를 오르락내리락 하기 때문에, 한 쪽에 생성된 자기장은 세기가 증감을 할 뿐만 아니라 항상 극성이 바뀝니다. 변화하는 자기장이 반대편 코일에 도달하면 해당 코일의 권선 수에 따라 다른 레벨의 전압이 "유도"됩니다.
기계적 릴레이
기계적 릴레이는 자기장의 편광을 매우 직접적인 방식으로 사용합니다. 코일의 북극은 전류의 방향과 (코일의) 권선 방향에 따라 매우 지향적이므로, 이 자기장을 코일이 할 수 있는 것보다 일반적으로 훨씬 더 많은 전류를 전도하는 강자성 접점을 잡아 당기기 위해 사용합니다(코일에 인가되는 전류와 접점을 통과하는 전류는 격리됩니다). 이것이 (DC 릴레이의 경우) 전류의 방향은 올바른 구동에 중요하기 때문에 코일의 어느 쪽이 가압 되어야 하는지에 대한 도면이 거의 항상 존재하는 이유입니다.
인덕터
인덕터의 중요한 동작 중 하나는 킥백입니다. 인덕터 내부 및 주변에 생성된 자기장은 에너지를 저장하고 있으며 급격하게 전원이 차단될 경우 연결된 회로에 매우 높은 전압의 형태로 에너지를 방출할 것입니다. 보다 자세한 정보는 이 게시물을 참조하시기 바랍니다: 인덕터 동작 : 방향이 중요하지 않은 이유
모터
일반적으로 AC 및 DC 모터 모두는 회전에 생성된 자기장을 사용합니다. 브러시드 DC 모터의 경우, 고정자(stator, 움직이지 않는 부분)에는 코일이 들어 있는 회전자(rotor, 움직이는 부분)에 전류를 공급하는 브러시라고 불리는 접점이 있습니다. 전기에 의해 발생한 자기장은 내부 영구 자석을 밀거나 당겨서 돌아가게 만듭니다. AC 모터의 경우 몇 가지 방법이 있지만, 전기에 의해 발생한 자기장이 다른 자석을 밀거나 당기는 개념은 일반적으로 동일합니다.
영문 원본: Electromagnetism Basics