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전자기 유도(電磁氣誘導)는 자기장이 변하는 곳에 있는 도체에 전위차(전압)가 발생하는 현상을 말한다. 마이클 패러데이가 처음으로 수학적으로 설명하였다. 그는 발생한 전압은 자기 선속의 변화율에 비례한다는 사실을 알아냈다. 이 법칙은 자속밀도가 변화하거나, 도체가 일정하지 않은 자속밀도가 퍼져있는 공간을 움직일 때 적용할 수 있다. 전자기유도는 발전기와 전동기 등의 전기 구동기의 바탕에 있는 법칙이다.

패러데이 전자기 유도 법칙 은 전자기 유도에 의한 유도 기전력의 크기는 단위 시간당 자기 선속의 변화율과 코일의 감긴 횟수에 비례한다는 것인데, 이것은 다음과 같다.

여기서 는 기전력으로 단위는 볼트(V)이고, N은 전선이 감긴 횟수, 는 자기 선속으로 단위는 웨버(Wb)이다.

이 법칙에서 자기선속의 변화율에 영향을 미치는 요소에는 면적의 변화와 자기장의 세기 변화가 있다. 이 중 하나만 변화하면 자기 선속의 크기는 변화하며 유도 기전력이 발생할 수 있다.

유도 기전력을 강하게 발생시키기 위해서는 자기 선속의 변화율 값을 키우는 방법이 주로 사용되는데, 다른 요소 값을 고정한 후에 면적의 변화율이나 자기장 세기 변화율의 크기를 크게 하여 큰 전력을 발생시킨다. 여기서 주의해야 할 점은 변화율이라는 것인데, 자기 선속이 커도 변화율이 작으면 큰 기전력은 발생하지 않는다.

전자기 유도에 의해 발생하는 기전력의 부호는 렌츠의 법칙 을 통해 알 수 있다. 즉, 회로에 유도된 전류의 방향은 유도된 기전력을 발생시킨 자기장의 변화를 상쇄하는 방향이다. 즉,

회로에 기전력이 유도되고 유도된 전류가 흐르면 회로 주변에 다시 자기장이 형성되는데 그 자기장의 방향은 최초 기전력을 유도했던 자기장의 변화를 상쇄하는 방향이 된다

로렌츠 법칙을 활용하여 기전력을 새로운 식으로 나타낼 수 있다.

여기서 F는 로렌츠 힘을 나타낸다.

이는 직선이나 원형 전류 또는 솔레노이드에 의한 자기장에서 알아볼 수 있다.

발전기는 전동기의 반대 개념이라고 할 수 있다. 화석 연료나 수력, 원자력 등으로 얻은 높은 열은 물을 끓이는데 사용되고 여기서 얻은 증기는 터빈을 돌리게 되는데, 이 때 회전하는 터빈에 코일을 연결시키고 그 주위에 자석으로 코일 내부를 통과하는 자속을 매 시간 변화시킨다. 이로부터 코일에는 유도 전류가 흐르고 기전력을 얻을 수 있다. 영구 자석이 도체 또는 그 반대로 이동하는 경우, 기전력이 생성된다. 와이어가 전기 부하 를 통해 연결되는 경우, 전류는 흐르고 전기 에너지가 생성된다.

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전자기 유도 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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전자기 유도(電磁氣誘導)는 자기장이 변하는 곳에 있는 도체에 전위차(전압)가 발생하는 현상을 말한다. 마이클 패러데이가 처음으로 수학적으로 설명하였다. 그는 발생한 전압은 자기 선속의 변화율에 비례한다는 사실을 알아냈다. 이 법칙은 자속밀도가 변화하거나, 도체가 일정하지 않은 자속밀도가 퍼져있는 공간을 움직일 때 적용할 수 있다. 전자기유도는 발전기와 전동기 등의 전기 구동기의 바탕에 있는 법칙이다.

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전기장(電氣場, electric field)은 관찰 대상인 전하를 띤 물체가 공간 상의 어느 점 P에 있는 시험 전하에 가해주는 단위 전하량 당 전기력 을 뜻한다. 즉, 시험 전하가 느끼는 전기력을 시험 전하의 전하량으로 나눈 값이다. 전기장은, 어느 전하가 다른 전하에 전기력을 가할 때, 순간적인 원격 작용이 아니라 이러한 전기력을 매개해줄 공간이 필요하다고 생각하여 만든 개념이다. 즉, 전기력이 갖고 있는 원격력의 성질을 설명하기위해 도입한 개념이다. 전하가 주위에게 전기력을 행사하기위해 주위공간을 적합하게 변형시킨 것이 전기장이다.

또 다르게 말하면, 전기장은 공간상에 전하가 존재할 때, 그 전하에 의해 생기는 공간상 각 지점의 전위의 기울기를 말한다. 전위의 기울기이기 때문에, 단위는 V/ m 가 된다.

또한 일반적으론, 공간상의 한 점의 전기장의 크기는 그 지점에 단위전하(+1 C)을 놓았을 때 그 전하가 받는 전기력으로 정의한다. 따라서 단위는 N/ C이며, 단위는 위와 동일하게 V/ m 이다.

: 전기장

: 전하량

: 변위 Displacement

: 에너지 Energy

: 단위 전하가 갖는 에너지 = 전위

가 두 전하 사이의 중점으로부터 특정 위치까지의 거리이고, 는 전기 쌍극자모멘트 라고 할 때, 다음 공식이 성립한다.

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전기장 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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전기장(電氣場, electric field)은 관찰 대상인 전하를 띤 물체가 공간 상의 어느 점 P에 있는 시험 전하에 가해주는 단위 전하량 당 전기력 을 뜻한다. 즉, 시험 전하가 느끼는 전기력을 시험 전하의 전하량으로 나눈 값이다. 전기장은, 어느 전하가 다른 전하에 전기력을 가할 때, 순간적인 원격 작용이 아니라 이러한 전기력을 매개해줄 공간이 필요하다고 생각하여 만든 개념이다.

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키르히호프의 법칙이란 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff)가 구한 전기 회로 에 대한 법칙이다.

키르히호프의 전기회로 법칙은 1845년 구스타프 키르히호프가 처음으로 기술한 전기회로에서의 전하량과 에너지 보존을 다루는 2개의 이론식이다. 이 이론식은 전기공학분야에서 폭넓게 사용되고 또한 줄여서 키르히호프의 규칙(Kirchhoff's rules)또는 키르히호프의 법칙이라 불린다( 키르히호프 법칙 용어 참조).

이 법칙은 키르히호프의 지점의 법칙, 키르히호프의 분기점 법칙(또는 노달법), 그리고 키르히호프의 첫 번째 법칙 이다.

전류 법칙은 아래와 같다:

전류가 흐르는 즉 전기가 통과하는 분기점(선의 연결지점, 만나는 지점)에서, 전류의 합 즉 들어온 전류의 양과 나간 전류의 양의 합은 같다. 즉 0이다. 또는

도선망(회로)안에서 전류의 대수적 합은 0이다.(단, 들어온 전류의 양을 양수로, 나아간 전류의 양을 음수로 가정한다 또한 도선상의 전류의 손실은 없다고 가정한다).

전류는 노드로 부터 들어 오거나 나아가는 정수(양의 정수, 음의 정수)이다. 식은 아래와 같다:

n 노드로 부터 나아가거나 들어 가는 가지의 전체 숫자이다.
(위의 식을 풀어서 쓰면: )
(그림을 예를 들면: 이면 가 되고 이 된다.)
다시 이 식을 복소수 화(일반화) 하면:

사용되는 곳:
키르히호프의 매트릭스 버전이 SPICE와 같은 모든 반도체 디자인 회로 시뮬레이션 소프트웨어의 기본 법칙으로 적용된다.
(지금 보이는 이 간단한 식이 이후에 모든 선형회로의 강력한 기초 법칙으로 모든 회로를 해석하고 반도체를 디자인하는 기본 법칙으로도 적용된다.)

이 법칙을 키르히호프의 두 번째 법칙, 키르히호프의 루프의 법칙 으로 부른다.

이 에너지 보존의 원칙은 아래와 같이 적용된다.(참고: 옴의 법칙 V=IR(V: 전압, I: 전류의 세기, R: 전기저항)은 키르히호프의 제2법칙의 가장 간단한 형태이다.)

KCL과 같이 식으로 표현하면, 아래와 같다:

여기서 n 은 측정된 전체 전압의 개수이다.
(예를 들면: )

다시 일반화(복소수화)하면:

이 법칙은 에너지의 인가와 출력, 공급과 소비의 포텐셜장(에너지보유장) 기초 원칙이 된다.(루프안에서의 에너지는 소멸되지 않는 다는 가정 하에서이다.) 인가된 전압 포텐셜, 완전히 폐쇄된 루프의 전하량 증가하거나 감소하지 않으며, 처음 인가된 전하량을 유지한다.

패러데이의 전자기 유도 법칙은 자기장이 변하는 곳에 있는 도체에 전위차(전압)가 발생한다고 하였다. 실제적으로 전자기장에서는 전하량 보존의 법칙이 성립되지 않는다. 실질적인 회로의 상태에서는 완전하고 완벽한 폐쇄 회로를 만들수 없으면, KVL에 존재하는 회로는 존재하지 않는다.

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키르히호프의 전기회로 법칙 - 위키백과, 우리 모두의 백과사전

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키르히호프의 법칙이란 구스타프 키르히호프(Gustav Kirchhoff)가 구한 전기 회로 에 대한 법칙이다. 키르히호프의 전기회로 법칙은 1845년 구스타프 키르히호프가 처음으로 기술한 전기회로에서의 전하량과 에너지 보존을 다루는 2개의 이론식이다. 이 이론식은 전기공학분야에서 폭넓게 사용되고 또한 줄여서 키르히호프의 규칙(Kirchhoff's rules)또는 키르히호프의 법칙이라 불린다( 키르히호프 법칙 용어 참조).

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원형 도선 주위에 생기는 자기장

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원형 도선 주위에 생기는 자기장

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직선도선 주위에 생기는 자기장

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직선도선 주위에 생기는 자기장

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균일한 전기력에서의 퍼텐셜 에너지

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균일한 전기력에서의 퍼텐셜 에너지

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균일한 전기장에서의 전기력

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균일한 전기장에서의 전기력

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전류 주위에는 자기장이 생성된다

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전류 주위에는 자기장이 생성된다

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전류 주위에 생기는 자기장

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전류 주위에 생기는 자기장