자기장 세기 계산기

이 계산기는 직선 도선과 **솔레노이드(코일)**를 흐르는 전류가 만들어내는 자기장의 세기를 간단한 입력만으로 계산해줍니다. 진공 중에서의 자기장 세기를 테슬라(Tesla)와 가우스(Gauss) 단위로 확인할 수 있어, 기초적인 전자기학 실험이나 학습에 유용합니다.

1. 자기장 기초 개념

1.1 자기장(Magnetic Field)이란?

• 전류가 흐르는 도선 주변이나 자석 주위에서 발생하는 공간의 특성
• 자기장 안에 있는 자성 물질이나 다른 전류가 힘을 받게 됨
• 단위는 **테슬라(T)**가 SI 단위이며, 1T = 10,000G(가우스)

1.2 진공의 투자율(μ₀)

• 상수: 4π × 10⁻⁷ T·m/A
• 진공(아무것도 없는 공간)에서의 자기적 특성을 나타내며, 도체 종류나 매질에 따라 이 값에 대한 보정이 필요할 수 있음

2. 계산 방법 안내

2.1 직선 도선의 자기장

• 공식: B = (μ₀ × I) / (2π × r)
  • I: 전류(A)
  • r: 도선에서 떨어진 거리(m)
  • μ₀: 진공의 투자율(4π × 10⁻⁷ T·m/A)
• 주로 무한하게 긴 직선 도선을 가정하여 가까운 주변에서의 자기장 세기를 계산할 때 적용

2.2 솔레노이드(코일)의 자기장

• 공식: B = (μ₀ × N × I) / (2R)
  • N: 코일 감은 수(회)
  • I: 전류(A)
  • R: 솔레노이드(코일) 반지름(m)
• 간단히 코일 한가운데 혹은 특정 단면에서의 자기장 세기를 추정할 때 사용
• 솔레노이드 길이, 감은 밀도 등 실제 구조에 따라 오차가 있을 수 있음

3. 계산기 사용 방법

1. 모드 선택

   • 직선 도선(직선 도선) 또는 솔레노이드(솔레노이드) 중 하나를 클릭해 선택합니다.

2. 입력값 설정

   • 직선 도선:
     • 전류(I)와 도선으로부터의 거리(r)를 입력합니다. (단위: A, m)
   • 솔레노이드:
     • 전류(I), 코일 감은 수(N), 솔레노이드 반지름(R)을 입력합니다.
     • 이때 반지름은 cm로 입력 후, 내부 계산에서 m 단위로 자동 변환됩니다.

3. 결과 확인

   • 계산 결과가 **테슬라(T)**와 가우스(G) 단위로 동시에 표시됩니다.
   • 예: 3.18e-03 T = 3.18 × 10⁻³ T
   • 가우스는 테슬라와 달리 CGS 단위계이며, 간단히 1 T = 10,000 G로 변환됩니다.

4. 예시 활용

1. 직선 도선 예시

   • 전류 I = 10 A
   • 도선에서 거리 r = 0.1 m
   • B = (4π × 10⁻⁷ × 10) / (2π × 0.1) = 약 2 × 10⁻⁴ T (예시 값)

2. 솔레노이드 예시

   • 전류 I = 2 A
   • 코일 감은 수 N = 200 회
   • 반지름 R = 5 cm (→ 0.05 m)
   • B = (4π × 10⁻⁷ × 200 × 2) / (2 × 0.05)
   • 대략 몇 mT 정도의 오더가 나오게 됩니다(실제 결과는 계산기에 입력하여 확인).

5. 주의 사항

1. 매질 영향: 여기서 계산한 값은 진공(μ₀) 기준으로, 실제로는 도체 주변 물질이나 자성체 등에 의해 자기장 세기가 달라질 수 있습니다.
2. 근사 공식: 직선 도선과 솔레노이드 공식은 모두 이론적 가정(무한히 긴 도선, 균일한 코일 등)에 근거하기에, 실제 측정치와 약간의 차이가 있을 수 있습니다.
3. 단위 주의:
   • 거리는 직선 도선 모드에서 m, 솔레노이드 모드에서 cm로 입력하지만 내부에서 m 단위로 통일해 계산됩니다.
   • 결과는 Tesla와 Gauss로 출력됩니다.

6. 결론

이 자기장 세기 계산기를 통해, 전류와 거리(또는 코일 감은 수, 반지름)만 알고 있으면 간편하게 자기장 강도를 추정해 볼 수 있습니다. 전자기학의 기초 이해를 돕는 도구로 사용해보세요!