전자기학

이 문서에는 일반적인 참조 목록이 포함되어 있지만 대응하는 충분한 인라인 인용이 없습니다. 좀 더 정밀한 인용문을 도입하여 이 글의 개선에 도움을 주시기 바랍니다.(2012년 11월) (이 템플릿메시지의 삭제 방법과 삭제 타이밍을 확인합니다)

기사 정보
전자기학
전기 자기 역사 교재
정전학 전하 쿨롱의 법칙 컨덕터 전하 밀도 유전율 전기 쌍극자 모멘트 전기장 전위 전기 플럭스/전위 정전 방전 가우스의 법칙 인덕션 절연체 편광 밀도 정전기 삼각전기
자기 정전기 앙페르의 법칙 비오트-사바르 법칙 가우스의 자기 법칙 자기장 자속 자기 쌍극자 모멘트 투과성 자기 스칼라 퍼텐셜 자화 자력 자기 벡터 퍼텐셜 오른손 법칙
전기역학 로렌츠 힘의 법칙 전자 유도 패러데이의 법칙 렌츠의 법칙 변위 전류 맥스웰 방정식 전자기장 전자기 펄스. 전자파 복사 맥스웰 텐서 포인팅 벡터 리에나르비셰르트 퍼텐셜 제피멘코의 방정식 와전류 런던 방정식 전자기장에 대한 수학적 설명
전기 네트워크 교류 캐패시턴스 직류 전류 전기 분해 전류 밀도 줄 가열 기전력 임피던스 인덕턴스 옴의 법칙 병렬 회로 저항 공명 공동 직렬 회로 전압 도파관
공변량 공식 전자기 텐서 (표준 – 에너지 텐서) 사류 전자파 4전위
과학자 암페르 바이오트 쿨롱 데이비 아인슈타인 패러데이 피조 가우스 헤비사이드 핸리다. 헤르츠 홉킨슨 제피멘코 줄 렌츠 리에나루 로렌츠 맥스웰 노이만 외르스테드 옴 포인팅 리치 사바토 가수. 스타인메츠 테슬라 톰슨 볼타 웨버 비헤르트 포아송
v t

전자기학은 전하 입자 사이에 일어나는 물리적 상호작용의 일종인 전자기력을 연구하는 물리학의 한 분야이다.전자기력은 전기장과 자기장으로 이루어진 전자장에 의해 전달되며 빛과 같은 전자기 복사를 담당한다.그것은 강한 상호작용, 약한 상호작용, 그리고 ^[1]중력과 함께 자연의 네 가지 기본 상호작용 중 하나이다.고에너지에서는 약력과 전자력이 단일 전약력으로 통일된다.

전자기 현상은 같은 현상의 다른 징후로서 전기와 자기 모두를 포함하는 로렌츠 힘이라고 불리는 전자기력의 관점에서 정의됩니다.전자기력은 일상생활에서 마주치는 대부분의 물체의 내부 특성을 결정하는 데 중요한 역할을 한다.원자핵과 그들의 궤도 전자 사이의 전자기적 흡인력은 원자들을 함께 고정시킨다.전자기력은 분자를 만드는 원자 사이의 화학적 결합과 분자간 힘에 책임이 있다.전자기력은 주변 원자들의 전자들 사이의 상호작용에서 발생하는 모든 화학 과정을 지배한다.전자기학은 현대 기술에서 매우 널리 사용되고 있으며, 전자기 이론은 디지털 기술을 포함한 전력 공학 및 전자 기술의 기초이다.

전자기장에 대한 수학적인 설명은 많이 있습니다.가장 중요한 것은 맥스웰의 방정식이 전기장과 자기장이 서로, 그리고 전하와 전류에 의해 어떻게 생성되고 변화되는지를 기술하는 것입니다.

전자기학의 이론적 의미, 특히 전파의 "매질"의 특성에 기초한 빛의 속도의 확립은 1905년 알버트 아인슈타인에 의해 특수 상대성 이론의 개발을 이끌었다.

이론의 역사

원래, 전기와 자력은 두 개의 분리된 힘으로 간주되었다.이 견해는 1873년 제임스 클러크 맥스웰의 전기와 자성에 관한 논문의 출판과 함께 바뀌었는데, 양전하와 음전하의 상호작용은 하나의 힘에 의해 매개되는 것으로 나타났다.이러한 교호작용에는 네 가지 주요 효과가 있으며, 이 모든 효과는 실험을 통해 명확하게 입증되었습니다.

1. 전하가 거리의 제곱에 반비례하는 힘으로 서로를 끌어당기거나 밀어냅니다.전하가 끌어당기는 것과 달리 밀어내는 것과 같습니다.
2. 자극(또는 개별 지점의 편광 상태)은 양전하와 음전하와 유사한 방식으로 서로를 끌어당기거나 밀어내고 항상 쌍으로 존재합니다. 모든 북극은 남극에 연결되어 있습니다.
3. 와이어 내부의 전류는 와이어 외부에 대응하는 원주 자기장을 생성한다.와이어의 방향(시계 방향 또는 시계 반대 방향)은 와이어의 전류 방향에 따라 달라집니다.
4. 전류가 자기장을 향하거나 자기장으로부터 멀어질 때, 또는 자석을 향하거나 멀어질 때 와이어의 루프에 전류가 유도된다.전류의 방향은 이동 방향에 따라 달라진다.

1820년 4월, Hans Christian örsted는 전선의 전류가 근처의 나침반 바늘을 움직이게 하는 것을 관찰했다.발견 당시 외르스테드는 현상에 대한 만족스러운 설명을 제시하지 않았고, 현상을 수학적 프레임워크로 표현하려 하지도 않았다.그러나 3개월 후 그는 더욱 강도 높은 ^[3][4]조사를 시작했다.곧이어 그는 전류가 전선을 통과할 때 자기장을 발생시킨다는 것을 증명하는 그의 연구 결과를 발표했다.자기유도(Oersted)의 CGS 단위는 전자기 ^[5]분야에 대한 그의 공헌을 기리기 위해 명명되었다.

그의 발견은 전기역학 분야의 과학계 전반에 걸쳐 집중적인 연구를 이끌어냈다.그것들은 프랑스 물리학자 앙드레 마리 암페르가 전류를 전달하는 도체 사이의 자기력을 나타내기 위한 단일 수학적 형태의 개발에 영향을 미쳤다.외르스테드의 발견은 에너지의 통일 개념을 향한 중요한 발걸음을 의미하기도 했다.

마이클 패러데이에 의해 관측되고, 제임스 클럭 맥스웰에 의해 확장되고, 올리버 헤비사이드와 하인리히 헤르츠에 의해 부분적으로 재구성된 이 통일은 19세기 수학 ^[6]물리학의 주요 업적 중 하나이다.그것은 광범한 결과를 가져왔고, 그 중 하나는 빛의 성질을 이해하는 것이었다.그 당시 전자기 이론이 제안한 것과 달리, 빛과 다른 전자파는 현재 광자라고 불리는 양자화된 자기 전파 진동 전자장 교란의 형태를 취하고 있는 것으로 보인다.진동 주파수가 다르면 가장 낮은 주파수의 전파에서 중간 주파수의 가시광선, 가장 높은 주파수의 감마선까지 다양한 형태의 전자기 복사가 발생합니다.

전기와 자기 사이의 관계를 조사한 사람은 외르스테드뿐만이 아니었다.1802년, 이탈리아 법학자 지안 도메니코 로마그노시는 볼타이어 더미를 이용해 자석 바늘을 비껴냈다.실험의 사실 설정은 완전히 명확하지 않으며, 바늘을 통해 전류가 흐르는지 여부도 명확하지 않습니다.이 발견에 대한 설명은 1802년 이탈리아 신문에 실렸지만, 로마노시가 이 ^[7]공동체에 속하지 않은 것처럼 보이기 때문에 현대 과학 공동체에 의해 대부분 간과되었다.

일찍이(1735년)에 쿡슨 ^[8]박사는 전기와 자기 사이의 연관성을 종종 간과했다고 보고했다.계정 설명:

요크셔 웨이크필드의 한 상인은 큰 상자에 많은 나이프와 포크를 넣고 상자를 큰 방 구석에 놓았을 때 갑자기 천둥, 번개, 그리고 폭풍이 일어났다.못이 놓여 있는 카운터에서 상자를 비우고 있는 주인, 못 위에 놓여 있던 칼을 집어들고 있던 사람들은 칼이 못을 집는 것을 목격했다.그 결과, 모든 수를 시험해 본 결과, 큰 못, 포장용 바늘, 기타 상당한 무게의 쇠붙이를 집어들 수 있을 정도로 같은 일을 하고 있는 것이 판명되었습니다.

E. T. 휘태커는 1910년에 이 특별한 사건이 "철을 자화하는 힘으로 번개에 대한 책임이 있다; 그리고 이것은 의심할 여지 없이 프랭클린이 1751년에 레이든 ^[9]항아리의 배출을 통해 바느질 바늘을 자화하려고 시도하게 만들었다"고 제안했다.

기본력

전자기력은 알려진 네 가지 기본 힘 중 하나입니다.다른 기본적인 힘은 다음과 같습니다.

• 핵자를 형성하기 위해 쿼크를 결합하고 핵자를 형성하기 위해 결합하는 강력한 핵력
• 약핵력은 표준모형의 모든 알려진 입자에 결합하고 특정 형태의 방사성 붕괴를 일으킨다.(단, 입자물리학에서 전자약 상호작용은 자연이 알고 있는 네 가지 기본 상호작용 중 두 가지, 즉 전자기력과 약한 상호작용의 통일된 기술이다.)
• 중력

다른 모든 힘(예: 마찰력, 접촉력)^[10]은 이 네 가지 기본력에서 파생되며 비기본력으로 알려져 있다.

대략적으로 말하면, 원자 사이의 상호작용에 관련된 모든 힘은 전하를 띤 원자핵과 원자의 전자 사이에 작용하는 전자기력에 의해 설명될 수 있다.전자기력은 또한 이러한 입자들이 움직임에 의해 어떻게 운동량을 전달하는지 설명한다.이것은 우리 몸의 개별 분자와 물체의 분자 사이에 작용하는 분자 간 힘에서 비롯되는 일반적인 물질 물체를 밀거나 당길 때 우리가 경험하는 힘을 포함합니다.전자기력은 또한 모든 형태의 화학 현상에 관여한다.

원자 내 및 분자 간 힘을 이해하는 데 필요한 부분은 전자가 전자 이동의 운동량에 의해 생성되는 효과적인 힘입니다. 예를 들어 전자는 전자와 상호작용하는 원자 사이를 이동하며 운동량을 운반합니다.전자의 집합이 더 제한될수록 파울리 배타 원리로 인해 최소 운동량이 증가할 수밖에 없습니다.밀도를 포함한 분자 규모의 물질의 거동은 전자력과 전자 자체에 ^[11]의해 전달되는 운동량 교환에 의해 생성되는 힘 사이의 균형에 의해 결정됩니다.

고전 전기 역학

1600년, 윌리엄 길버트는 그의 De Magnete에서 전기와 자성은 물체의 흡인력과 반발을 일으킬 수 있지만 뚜렷한 효과라고 제안했다.선원들은 번개가 치면 나침반 바늘을 교란할 수 있다는 것을 알아차렸다.번개와 전기의 연관성은 1752년 벤자민 프랭클린이 제안한 실험이 있기 전까지는 확인되지 않았다.인간이 만든 전류와 자기 사이의 연관성을 발견하고 발표한 최초의 사람 중 한 명은 지안 로마그노시였는데, 그는 1802년에 볼타틱 말뚝을 가로질러 전선을 연결하는 것이 근처의 나침반 바늘을 꺾는 것을 알아챘다.그러나, 그 효과는 외르스테드가 ^[12]유사한 실험을 수행한 1820년까지 널리 알려지지 않았다.외르스테드의 연구는 암페르가 수학적 기초 위에 주제를 세운 전자기 이론을 만들도록 영향을 주었다.

고전 전자기학으로 알려진 전자기학 이론은 1820년과 1873년 사이에 다양한 물리학자에 의해 개발되었는데, 그 때 제임스 클럭 맥스웰이 논문을 발표했는데, 이 이론은 이전의 발전을 하나의 이론으로 통합하고 ^[13]빛의 전자기적 특성을 발견했어요.고전 전자기학에서 전자기장의 거동은 맥스웰 방정식으로 알려진 일련의 방정식에 의해 설명되며, 전자기력은 로렌츠 힘의 ^[14]법칙에 의해 주어진다.

고전 전자기학의 특징 중 하나는 고전역학과의 조화가 어렵지만 특수상대성 이론과 양립할 수 있다는 것이다.맥스웰의 방정식에 따르면 진공 속 빛의 속도는 자유 공간의 전기 유전율과 자기 투과율에만 의존하는 보편 상수이다.이것은 고전 역학의 오랜 주춧돌인 갈릴레이 불변성에 위배된다.두 이론을 조화시키는 한 가지 방법은 빛이 전파되는 발광 에테르의 존재를 가정하는 것입니다.그러나 후속 실험에서는 에테르의 존재를 검출하지 못했습니다.1905년 헨드릭 로렌츠와 앙리 푸앵카레의 중요한 공헌 후, 알버트 아인슈타인은 특수 상대성 이론의 도입으로 문제를 해결했고, 이것은 고전 운동학을 고전 전자기학과 호환되는 새로운 운동학 이론으로 대체했다.

또한 상대성이론은 이동기준범위에서 자기장이 0이 아닌 전기성분을 가진 자기장으로 변환되고 반대로 이동전계가 0이 아닌 자기성분으로 변환되어 현상이 동일한 동전의 양면임을 확실히 보여주는 것을 의미한다.따라서 "전자석"이라는 용어입니다.(자세한 내용은 고전 전자기학과 특수상대성이론 및 고전 전자기학의 공변 공식 참조).

비선형 현상으로 확장

Maxwell 방정식은 소스(전하 및 전류)가 변경되면 필드가 비례적으로 변경된다는 점에서 선형입니다.비선형 역학은 전자기장이 비선형 역학적 법칙을 따르는 물질과 결합할 때 발생할 수 있다.예를 들어, 이것은 맥스웰 이론과 나비에 이론을 결합하는 자기유체역학의 주제에서 연구된다.-방정식을 스토크합니다.

수량 및 단위

다음은 전자기기와 관련된 일반적인 단위 목록입니다.

전자 CGS 시스템에서 전류는 Amper의 법칙에 의해 정의된 기본량이며 진공에서의 값이 통일인 무차원량(상대 투과성)으로 간주됩니다.그 결과, 빛의 속도의 제곱은 이 시스템의 일부 방정식 상호 관계량에서 명시적으로 나타납니다.

SI 전자 장치 v t
기호[15]	수량명	유닛명	기호.	베이스 유닛
E	에너지	줄	J = CΩV	kgµs2−2
Q	전하	쿨롱	C	A's
I	전류	암페어	A = C/s = W/V	A
J	전류 밀도	평방미터당 암페어	A/m2	아임−2
δV; φV; ε	전위차	볼트	V = J/C	kg µs2−3 † A−1
R; Z; X	전기 저항; 임피던스; 리액턴스	옴	ω = V/A	kg µs2−3 † A−2
ρ	저항률	옴 미터기	★★★m	kg µs3−3 † A−2
P	전력	와트	W = VΩA	kgµs2−3
C	정전 용량	패러드	F = C/V	kg−1 µm−22 † A †s4
ΦE	전기 플럭스	볼트 미터기	vm	kg µs3−3 † A−1
E	전계 강도	미터당 볼트	V/m = 없음	kg µm−1 † A †s−3
D	전위장	평방미터당 쿨롱	C/m2	A's'm−2
ε	유전율	파라드/미터	F/m	kg−1 µm−32 † A †s4
χe	전기 자화율	(무료)	1	1
G;Y;B	전도성	지멘스	S = ω−1	kg−1 µs−23 † A2
,, ,, σ	전도성	미터당 지멘스	S/m	kg−1 µs−33 † A2
B	자속밀도, 자기유도	테슬라	T = Wb/m2 = NµAµm−1−1	kg−2 † A−1
φM, φB, φ	자속	웨버	Wb = Vµs	kg µs2−2 † A−1
H	자기장 강도	미터당 암페어	A/m	아임−1
L, M	인덕턴스	핸리다.	H = Wb/A = Vµs/A	kg µs2−2 † A−2
μ	투과성	헨리/미터	H/M	kg µs−2 † A−2
χ	자화율	(무료)	1	1
µ	자기 쌍극자 모멘트	암페어 평방미터	Amm2 = JtT−1	아임2
σ	질량 자화	킬로그램당 암페어 평방미터	Amm2/kg	A ⋅ m2−1 킬로그램

사용하는 단위계에 따라 전자기학의 물리적 법칙(맥스웰 방정식 등)을 조정할 필요가 있다.이는 SI의 전자기 단위와 CGS의 전자기 단위 사이에 기계 단위의 경우와 마찬가지로 일대일 대응이 없기 때문이다.또한 CGS 내에는 여러 가지 그럴듯한 전자파 단위 선택이 있어 가우스, "ESU", "EMU" 및 헤비사이드-로렌츠를 포함한 다른 단위 "하위 시스템"으로 이어진다.이러한 선택 사항 중 가우스 단위는 오늘날 가장 일반적이며, 실제로 "CGS 단위"라는 문구가 CGS-Gaush ^[16]단위를 지칭하는 데 자주 사용됩니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

추가 정보

라이브러리 리소스 정보 전자기학

라이브러리의 리소스

웹 소스

교재

일반 적용 범위

외부 링크

• 자기장 강도 변환기
• 전자기력 – Eric Weisstein의 물리학 세계