MC-A1 · 자기회로

자기회로와 자기 옴의 법칙

코일이 만든 자속이 철심을 한 바퀴 도는 모습은 전류가 회로를 도는 것과 똑같다. 무엇이 전류의 역할을 하는지 짚어 자기회로를 전기회로처럼 읽는 법을 익힌다.

자기회로에서 전류의 역할은 누가 하나

코일이 철심에 자속을 밀어 넣는다. 회로를 한 바퀴 도는 이 흐름은 전류와 같은 자리에 놓인다. 세 후보 중 그 자리를 정확히 채우는 것을 골라 보라.

공극 g0.0 mm

탭으로 H/B/Φ를 코어에서 보고, 슬라이더로 공극을 키우면 자기저항이 늘어 자속 Φ가 준다.

자속 Φ = F / R (공극을 키워 보라)

Φ ≈ 100%  ·  g = 0.0 mm

자속 Φ는 단면 전체를 지나 회로를 한 바퀴 도는 총량이다. 전류와 똑같은 자리다. Φ = NI / R 이 자기 옴의 법칙이다.

전기회로와 자기회로는 닮은꼴

전압이 전류를 밀듯, 기자력 F = NI가 자속을 민다. 저항이 전류를 막듯, 자기저항이 자속을 막는다. 옴의 법칙 I = V/R 자리에 그대로 Φ = F/R를 끼우면 자기회로가 풀린다.

관찰F = N I

기자력은 전압에 대응. 자속을 미는 힘이다.

자기저항은 무엇으로 정해지나

전기저항 R = l/(σA)와 똑같은 꼴로, 자기저항은 R = l/(μA)다. 경로가 길수록 커지고, 투자율 μ가 크거나 단면 A가 넓을수록 작아진다. 철은 μ가 공기의 수천 배라 같은 기자력으로 훨씬 큰 자속을 통과시킨다.

고르기R = l / ?

자기저항은 길이에 비례, 투자율·단면적에 반비례.

빈칸Φ = F / ?

자기 옴의 법칙. 자속 = 기자력 / 자기저항.

작은 공극이 자기저항을 지배한다

철심에 1 mm 공극만 내도, 공기의 μ가 워낙 작아 그 짧은 틈의 자기저항이 긴 철 경로 전체를 압도한다. 그래서 전동기·발전기의 공극 설계가 자속을 좌우한다. 자기저항은 직렬로 더해지므로, 가장 큰 항이 흐름을 결정한다.

스스로Φ = NI / ?

자기저항을 펼치면 자속이 μANI/l로 정리된다.

첫 화면으로 돌아가서

전류 자리를 정확히 채운 것은 자속 Φ였다. H는 흐름을 미는 압력(전압 쪽), B는 흐름의 빽빽함(전류밀도 쪽)이라 자리가 어긋났다. 회로를 한 바퀴 도는 총량만이 전류의 역할을 하고, 그 총량은 Φ = NI / R로 기자력을 자기저항으로 나눈 값이다. 자기회로를 전기회로처럼 읽는 손잡이가 바로 이것이다.

자기 옴의 법칙: 자속 Φ = F / R. 기자력 F = NI가 자속을 밀고, 자기저항 R = l / (μA)가 막는다. 정리하면 Φ = μANI / l이다. 전압→기자력, 전류→자속, 저항→자기저항의 대응으로 자기회로를 전기회로처럼 푼다.

이 손잡이를 잡으면

자기 옴의 법칙은 이 과목 전체의 토대다. 다음 유닛에서 코일의 인덕턴스가 L = N²/R로 자기저항에 직접 매달리고(MC-A2), 변압기·전동기·발전기의 자속 경로가 모두 이 직렬·병렬 자기회로로 분석된다. 공극이 자기저항을 지배한다는 감각은 회전기의 공극 설계로 곧장 이어진다.