자기회로

Magnetic Circuit

전기회로에서 전압이 저항을 통해 전류를 흘리듯이, 자기회로에서는 기자력이 자기저항을 통해 자속을 흘려요. 코일의 감은 수와 전류를 곱한 NI가 기자력이 되고, 자속은 기자력을 자기저항으로 나눈 값이라 옴 법칙 V=IR과 똑같은 구조예요. 자기저항은 자로 길이에 비례하고 투자율과 단면적에 반비례하는데, 작은 에어갭 하나가 철심 전체보다 훨씬 큰 자기저항을 만들어 자속을 크게 떨어뜨려요. 슬라이더로 감은 수와 전류, 투자율, 에어갭을 바꿔 가며 기자력과 자속이 어떻게 계산되는지 확인해 봐요.

자속도 회로를 돈다

🔌 자기회로의 발상

①전기회로: 전압 → 저항 → 전류가 흐름

②자기회로: 기자력(NI) → 자기저항(Rm) → 자속(Φ)이 흐름

③전기회로의 옴 법칙을 그대로 적용할 수 있습니다!

자기회로 ↔ 전기회로 대응

🔑 핵심 대응

①기전력 V ↔ 기자력 F = NI [AT] (Ampere·Turns)

②전류 I ↔ 자속 Φ [Wb]

③저항 R = ρℓ/A ↔ 자기저항 Rm = ℓ/(μA) [AT/Wb]

자기회로의 옴 법칙

F = NI = Φ · Rm [AT]

기자력 = 자속 × 자기저항: V = IR과 동일 구조

자기저항

Rm = ℓ / (μA) [AT/Wb]

ℓ: 자로 길이, μ: 투자율, A: 단면적. R = ρℓ/A와 대응

퍼미언스 (자기 컨덕턴스)

P = 1/Rm = μA/ℓ [Wb/AT]

자기저항의 역수: 전기 컨덕턴스 G = 1/R과 대응

자기회로 실시간 계산

코일 감은 수 N200 turns

전류 I [A]2 A

철심 μᵣ2000

에어갭 ℓg [mm]2 mm

💡 핵심 통찰

①에어갭이 조금만 있어도 Rm(갭) >> Rm(철심)!

②μᵣ = 2000 철심에 1mm 갭이면, 갭의 Rm이 전체의 대부분 차지

③에어갭을 최소화해야 자속(Φ)을 효율적으로 유지 → 변압기 설계의 핵심

시험 핵심 정리

자기 옴의 법칙

F = NI = ΦRm

V = IR 대응

자기저항

Rm = ℓ/(μA)

[AT/Wb]

🎯 시험 포인트

①F = NI = ΦRm → Φ = NI/Rm: 전기회로 V = IR과 동일 구조

②Rm = ℓ/(μA): μ가 크면 Rm 작음 → 자속이 잘 흐름

③직렬: Rm_total = Rm₁ + Rm₂ + ... / 병렬: 1/Rm = 1/Rm₁ + 1/Rm₂

④에어갭 Rm = ℓg/(μ₀A): μᵣ = 1이므로 갭의 Rm이 지배적

⑤키르히호프 대응: ΣF = ΣΦRm (전압법칙), ΣΦ = 0 (전류법칙)

📝 대표 기출문제

①[자기저항] 길이 50cm, 단면적 10cm², μᵣ=2000 → Rm=l/(μ₀μᵣA) 계산

②[옴법칙] N=500, I=2A → F=NI=1000AT, Φ=F/Rm

③[에어갭] 철심 자기저항 + 공극 자기저항 직렬 → 공극이 대부분의 기자력 소비