전기기사 전기자기학 · 히스테리시스

Hysteresis Loop

강자성체에 자계 H 를 올렸다 내리면 자속밀도 B 는 올라온 길을 그대로 되짚어 내려가지 않고 한발 늦게 따라온다. 이렇게 B 가 H 의 변화에 뒤처지는 현상이 히스테리시스이고, H 를 한 번 왕복시키면 B-H 그래프에 닫힌 고리가 그려진다. H 를 0 으로 되돌려도 남는 잔류 자기 Br 이 영구 자석을 가능하게 하고, 고리의 넓이는 한 주기마다 열로 사라지는 에너지라서 변압기 철손 문제에 그대로 나와요. 진행률 슬라이더를 0 에서 100 까지 밀면 초록 점이 고리를 한 바퀴 돌며 Br 과 Hc 를 지나고, 아래 두 버튼으로 연자성체와 경자성체의 고리 넓이를 비교할 수 있어요.

자석에는 기억이 있다

🔁 히스테리시스란

①강자성체에 자계 H 를 걸었다 빼면 B 는 원래 길로 돌아가지 않는다

②B 가 H 의 변화에 뒤처져 따라가는 이 성질을 이력, 곧 히스테리시스라 부른다

③그래서 B-H 그래프는 닫힌 고리가 되고, 그 넓이가 한 주기의 에너지 손실이에요

히스테리시스 고리를 한 바퀴 따라가기

한 바퀴 진행률0%

🔑 그림에서 볼 것

①포화(Bs): H 를 계속 올려도 B 가 더 늘지 않는 끝에 이른다

②잔류 자기(Br): H 를 0 으로 돌려도 B 가 남는데, 이것이 자석이 되는 까닭이다

③보자력(Hc): 남은 B 를 0 으로 만들려면 반대 방향으로 Hc 만큼 자계를 걸어야 해요

히스테리시스 손실 공식

히스테리시스 손실(한 주기)

Wh = ∮ H · dB [J/m³]

B-H 고리의 넓이 = 한 주기 동안 단위 부피에서 잃는 에너지

스타인메츠 실험식

Ph = ηh · f · Bmⁿ · V [W]

ηh: 히스테리시스 계수, f: 주파수, Bm: 최대 자속밀도, n ≈ 1.6 ~ 2.0, V: 부피

전력 손실

Ph ∝ f · Bm^1.6

주파수에 비례하고 Bm 의 약 1.6 제곱에 비례한다(스타인메츠 지수)

연자성체와 경자성체

💡 쓰임이 갈리는 지점

①연자성체: 고리가 좁아 손실이 적고 자화와 탈자가 쉬워 변압기와 전동기 철심에 쓴다

②경자성체: 고리가 넓어 Br 과 Hc 가 크고 자화가 잘 남아 영구 자석에 쓴다

③같은 강자성체라도 쓰임에 따라 정반대 성질을 골라 써요

시험 핵심 정리

히스테리시스 손실

Wh = ∮HdB [J/m³]

고리 넓이

스타인메츠

Ph ∝ f · Bm^1.6

전력 손실

🎯 시험 포인트

①잔류 자기 Br: H = 0 일 때 남는 B 로, 영구 자석의 핵심이다

②보자력 Hc: B 를 0 으로 되돌리는 데 드는 반대 방향 H 로, 탈자에 버티는 힘이다

③히스테리시스 손실 = B-H 고리 넓이 × 주파수 × 부피

④스타인메츠 지수 n ≈ 1.6 은 숫자 그대로 자주 나온다

⑤연자성(좁은 고리 · 적은 손실)과 경자성(넓은 고리 · 영구 자석)을 가르는 문제가 자주 나와요

📝 대표 기출 유형

①[잔류 자기] B-H 곡선에서 H = 0 일 때 남아 있는 자속밀도 → 잔류 자기 Br

②[보자력] 잔류 자기를 0 으로 만드는 데 필요한 반대 방향 자계 → 보자력 Hc

③[히스테리시스 손] Ph = ηh·f·Bm^n·V 에서 n 의 값 → 스타인메츠 지수 n ≈ 1.6 이에요

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자기회로

마지막 수정 2026-10-20

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