[Day 12] 자기장과 자기력 (Magnetic Field & Force)

[Day 12] 자기장과 자기력 (Magnetic Field & Force)

목표: 전류에 의한 자기장 방향 찾기 및 로런츠 힘 공식 숙달

01. 전류가 만드는 자기장 (앙페르 법칙)

전류가 흐르는 도선 주위에는 자기장이 형성됩니다. 오른나사 법칙(오른손 법칙)을 사용하여 방향을 결정합니다.

도선 종류	자기장의 세기 (B) 비례 관계	방향 (오른손)
직선 도선	B ∝ I / r (거리 r에 반비례)	엄지: 전류 / 나머지: 자기장
원형 도선	B ∝ I / r (중심에서의 세기)	나머지: 전류 / 엄지: 자기장
솔레노이드	B ∝ nI (n: 단위길이당 감은 수)	나머지: 전류 / 엄지: 자기장

💡 합격 Tip: 직선 도선은 거리 r에 반비례하지만, 솔레노이드 내부 자기장은 위치에 상관없이 균일하다는 점이 시험 포인트입니다!

02. 자기력 (F = BIL)

자기장 내에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘입니다. 방향은 플레밍의 왼손 법칙 또는 오른손 바닥 법칙을 사용합니다.

F = B I L sinθ

• θ = 90°: 자기장과 전류가 수직일 때 힘이 최대
• θ = 0°: 자기장과 전류가 평행하면 힘은 0

03. 전하가 받는 자기력 (F = qvB)

자기장 속에서 움직이는 전하(전자, 양성자 등)가 받는 힘입니다.

F = q v B

입자의 운동 (중요): 자기장에 수직으로 입사한 전하는 등속 원운동을 합니다. 이때 자기력이 구심력 역할을 합니다.

qvB = mv² / r → 반지름 r = mv / qB

✍️ 기출문제 맛보기 (유사 유형)

문 1. 직선 도선의 자기장 (서울시 유사)

무한히 긴 직선 도선에 전류 I가 흐르고 있다. 도선으로부터 거리 r만큼 떨어진 지점의 자기장 세기가 B일 때, 거리가 2r이고 전류가 4I가 흐르는 지점의 자기장 세기는?

정답: 2B
(해설: B ∝ I / r 이므로, 4I / 2r = 2(I / r)가 되어 처음의 2배인 2B가 됩니다.)

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문 2. 로런츠 힘의 궤적 (기출 변형)

균일한 자기장 속에 양전하(+)가 자기장 방향에 수직으로 입사하였다. 이 입자의 운동에 대한 설명으로 옳은 것은?

정답: 자기력의 방향은 속도 방향에 항상 수직이며, 등속 원운동을 한다.
(해설: 자기력(F=qvB)은 속도와 자기장에 수직이므로 구심력 역할을 하여 원운동을 일으킵니다.)

✅ 12일차 마무리 체크리스트

• 직선/원형 도선의 자기장 방향을 오른손으로 찾을 수 있는가?
• 솔레노이드 내부 자기장은 위치에 관계없이 일정함을 아는가?
• F = BIL과 F = qvB 공식을 구분하여 암기했는가?
• 자기장과 평행하게 움직이는 전하는 자기력을 받지 않는다(F=0)는 것을 아는가?

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