자기저항
(Reluctance, ℛ)
전기회로의 저항 R에 해당하는 개념:
자기 회로에서 자속(자기선의 흐름)을 방해하는 성질
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𝑅 = 𝑙 / 𝜇𝐴
-
𝑙 : 자기 경로 길이 (자속이 지나가는 경로)
𝐴 : 단면적
𝜇 : 투자율
자속 밀도
(Magnetic Flux Density, B)
- 단위 면적당 자속의 양, 공간에 얼마나 강하게 자기장이 분포되어 있는지
단위 : 테슬라(T) 또는 Gauss (1 T = 10,000 G)
기호 : 𝐵 
자석 가까이에서는 자기선이 빽빽해서 B가 크고, 멀수록 희박해짐.
자속
(Magnetic Flux, Φ)
- 자기장이 통과하는 전체 면적을 통한 자계의 총합
어떤 면을 통과하는 전체 자기선의 양
단위 : 웨버(Weber, Wb)
기호 : Φ 
전류가 흐르면 그 주변 공간에 자기장이 형성되며, 자기장이 면적을 통과하면 자속이 생김
자계 세기
(Magnetic Field Strength, H)
- 자기장을 만들어내는 원인(전류)의 크기
외부 전류가 만든 자기장의 강도
기호 : 𝐻
단위 : A/m
자계는 전류가 흐를 때 생기며, 전류 분포에 따라 공간을 따라 결정됨
자속 밀도 B와 자계 H의 관계
-
𝐵 = 𝜇𝐻
-
𝜇 = 𝜇0 x 𝜇𝑟
μ : 투자율 (Permeability), 자기장에 대한 물질의 반응도
𝜇0 : 자유공간 투자율 (≈ 4π × 10⁻⁷ H/m)
𝜇𝑟 : 상대 투자율 (물질 고유값, 철: 수천 이상, 공기: 1)
암페어의 법칙
(Ampere’s Law)
전류가 흐르면 폐회로를 따라 자계가 생김
폐곡선을 따라 자계 세기 𝐻의 총합은 내부를 통과하는 전류의 총합과 같다
코일에 전류가 흐르면, 그 중심에 자계가 생기는 원리
패러데이 법칙 & 렌츠의 법칙 (전자기 유도)
-
① 패러데이의 법칙
E = − dΦ/dt
자속이 시간에 따라 변하면, 기전력(전압)이 발생
→ 트랜스, 유도기, 발전기의 기본 원리 -
② 렌츠의 법칙
유도된 전류는 항상 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다
→ 에너지 보존 법칙을 반영한 방향성
자기기전력
(MagnetoMotive Force, MMF)
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𝐹 = 𝑁 ⋅ 𝐼
N: 코일의 권수
I: 전류 -
MMF는 자속을 밀어 넣는 힘, 전압이 전류를 밀어넣는 것과 유사
히스테리시스와 BH 곡선
히스테리시스 : 자성체가 과거의 자화 상태를 기억하는 현상
B : 자속 밀도
H : 자계 세기
그래프가 루프 형태 → 에너지 손실 (히스테리시스 손실)
- 철심 등 자성체는 자계를 주었을 때 자속이 선형적으로 증가하지 않음
𝐵와 𝐻사이의 관계가 비선형
히스테리시스 (Hysteresis) 루프는 자기 손실, 특히 교류 동작 시 손실(히스테리시스 손실)을 의미함
자기장 속의 힘 : 로렌츠 힘
자기장 안에서 움직이는 전하(속도 𝑣)는 자기력 𝐹를 받음
→ 모터, 센서 등에서 발생하는 기계적 운동의 기초
표피효과 (Skin Effect)
고주파 전류가 도체 표면 가까이로 몰리는 현상
주파수가 높아질수록 전류는 도체 중심이 아닌 외곽(표면)을 주로 흐름
결과적으로 실효 저항 증가 → 손실 증가
표피 깊이
| 기호 | 의미 |
|---|---|
| ρ | 도체의 저항률 (Ω·m) |
| μ | 투자율 (H/m) |
| σ | 전도율 (S/m) |
| ω | 각진동수 = 2πf |
| f | 주파수 (Hz) |
- 고주파일수록 도체 중심은 전류가 거의 흐르지 않음
유효 전도 면적이 줄어들어 AC 저항 증가
전력 손실이 커짐 → 발열 및 효율 저하
근접효과
(Proximity Effect)
인접한 도체에 흐르는 전류가 만든 자기장으로 인해, 한 도체 내 전류 분포가 왜곡되는 현상
- 서로 인접한 도체 사이에서 발생하는 전류 재분포 현상
인접 도체에 흐르는 전류의 자기장 영향으로 인해, 한쪽으로 전류가 몰림
이로 인해 비대칭 전류 분포 → 추가 손실
특징:
주로 멀티턴 코일, 변압기 권선에서 인접 도체 간의 자기장 간섭으로 발생
주파수가 높을수록 더 강하게 나타남
Skin Effect보다 더 복잡한 3차원 전류 분포가 생김
직관적 예시:
이웃하는 두 권선에 같은 방향의 전류가 흐르면, 각자의 자기장이 반대쪽 도체를 자계로 밀어냄
→ 전류가 특정 부분으로 집중됨 → 손실 증가
