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전기기사 전기자기학 · 감자력과 자기차폐

Demagnetization & Magnetic Shielding

자성체가 자화되면 양 끝에 N 극과 S 극이 생기고, 이 자극이 물체 안에 만드는 자계는 자화 방향과 반대다. 이 반대 자계가 감자계 Hd = −NdM 이며, 감자율 Nd 는 물체의 모양과 자화 방향으로 정해진다. 자화 방향으로 긴 막대는 Nd 가 거의 0, 구는 1/3, 면에 수직으로 자화된 얇은 원판은 거의 1 이라는 세 값이 기준점이 돼요. 세 모양 버튼과 자화 슬라이더를 움직이면 빨간 감자계와 초록 내부 자계 값이 바뀌고, 아래 차폐 그림에서는 투자율과 두께에 따라 안쪽 자계가 얼마나 줄어드는지 보여요.

자화된 물체가 스스로를 약하게 한다

🔄 감자력의 정체
①자성체를 자화시키면 양쪽 끝에 자극(N, S)이 생긴다
②이 자극이 물체 안에 만드는 자계는 자화 방향과 반대인데, 이것이 감자계 Hd 다
③그래서 물체 안의 실제 자계는 밖에서 건 자계보다 작아져요

모양에 따라 달라지는 감자력

5
🔑 그림에서 볼 것
①긴 막대를 길이 방향으로 자화하면 Nd ≈ 0 이라 빨간 화살표가 거의 없고 자화가 잘 유지된다
②구는 Nd = 1/3 로 중간이다
③얇은 원판을 면에 수직으로 자화하면 Nd ≈ 1 이라 감자계가 가장 크고, 그림처럼 H₀ 와 M 이 같으면 내부 자계가 거의 남지 않아요

감자력 공식

감자계
Hd = −Nd · M [A/m]
Nd: 감자율(0 ~ 1), M: 자화의 세기. 방향은 자화와 반대
물체 안의 실제 자계
Hi = H₀ − Nd · M
H₀: 밖에서 건 자계, Hi: 물체 안에 실제로 걸리는 자계
감자율 합
Nx + Ny + Nz = 1
세 축 감자율을 더하면 늘 1 이다. 구는 대칭이라 Nx = Ny = Nz = 1/3

자기 차폐

500
3
자기 차폐 원리
μᵣ ↑ → Hinside ≈ 0
얇은 껍질이면 차폐 계수가 대략 1 + μᵣ × 두께 / 지름이다. 퍼멀로이처럼 투자율이 큰 재료를 쓴다
💡 자기 차폐와 정전 차폐
①정전 차폐는 도체로 둘러싸기만 하면 안쪽 E 가 정확히 0 이 된다
②자기 차폐는 투자율이 큰 재료로 둘러싸도 안쪽 H 가 0 이 되지 않고 1/S 배로 줄어들 뿐이다
③자속을 벽 속으로 돌려 보내는 방식이라 완전한 차폐는 불가능하고, 그림에서 μᵣ 를 1 로 내리면 차폐가 전혀 안 되는 것도 확인할 수 있어요

시험 핵심 정리

감자계
Hd = −Nd·M
자화와 반대 방향
감자율 합
Nx+Ny+Nz = 1
구는 축마다 1/3
🎯 시험 포인트
①감자계 Hd = −NdM, 그래서 물체 안의 자계는 Hi = H₀ − NdM 이다
②구 Nd = 1/3, 긴 막대(길이 방향) Nd ≈ 0, 얇은 원판(면에 수직) Nd ≈ 1
③세 축 감자율의 합 Nx + Ny + Nz = 1 은 늘 성립한다
④자기 차폐는 투자율이 큰 재료로 자속을 벽으로 돌려 안쪽 H 를 줄인다
⑤정전 차폐는 완전하고 자기 차폐는 불완전하다는 차이도 자주 나와요
📝 대표 기출 유형
①[감자율] 구형 자성체의 감자율 Nd → 1/3
②[내부 자계] H₀ = 1000 A/m, M = 3000 A/m, 구 → Hi = H₀ − NdM = 1000 − 1000 = 0(감자계가 외부 자계를 다 지운 것이지 포화가 아님)
③[자기 차폐] 퍼멀로이(μᵣ = 80,000)로 감쌌을 때 안쪽 자계가 얼마나 줄어드는지 묻는 문제가 나와요
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