자계와 전류 사이의 힘
전기기사 필기 2004년 2회 2번
| 과목 / 챕터 | 전기자기학 / 자계 |
|---|---|
| 인지 유형 | trap |
| 난이도 | Level 3 |
Q문제
무한장 직선도선에 흐르는 직류전류 에 의해, 무한장 직선도선의 전류 상하에 존재하는 자침이, 그림과 같이 자침중심축을 중심으로 회전하여 정지하였다. (ㄱ) (ㄴ) (ㄷ) (ㄹ)의 극을 순서적으로 잘 배열한 것은?
선택지 분석
1
S, N, S, N
오답 함정 분석
자계의 방향과 자침의 극성을 완전히 반대로 해석하여 N극과 S극의 위치를 뒤바꾼 오류입니다.
2
S, N, N, S
오답 함정 분석
도선 상하에서 자계가 회전하며 방향이 반대가 된다는 점을 간과하고 상하 자침의 방향을 동일하게 설정한 오류입니다.
3
N, S, N, S
오답 함정 분석
도선 위쪽의 자계 방향은 맞게 찾았으나, 아래쪽 자계의 회전 방향을 잘못 판단하여 아래쪽 자침의 극성을 반대로 배치한 경우입니다.
N, S, S, N
정답 상세 해설
앙페르의 오른손 법칙을 적용하여 자계의 방향을 결정합니다. 오른손 엄지손가락을 전류 의 방향(오른쪽)으로 향하게 하고 나머지 네 손가락으로 도선을 감싸 쥐면, 도선을 중심으로 회전하는 자기력선이 형성됩니다.
•
도선 상하에서의 구체적인 자계 방향을 판별합니다. 입체적인 회전 방향을 고려할 때, 도선의 위쪽에서는 자계가 오른쪽(ㄱ 방향)으로 향하고, 도선의 아래쪽에서는 자계가 왼쪽(ㄹ 방향)으로 향하게 됩니다.
•
자침의 극성을 결정합니다. 자침의 N극은 외부 자계의 방향과 일치하므로, 위쪽 자침은 (ㄱ)이 N극, (ㄴ)이 S극이 됩니다. 아래쪽 자침은 자계가 왼쪽으로 흐르므로 (ㄹ)이 N극, (ㄷ)이 S극이 됩니다. 따라서 순서는 (ㄱ)N, (ㄴ)S, (ㄷ)S, (ㄹ)N이 됩니다.
자주 묻는 질문
Q.
앙페르의 오른손 법칙을 어떻게 적용하나요?
오른손 엄지손가락을 전류가 흐르는 방향으로 일치시킨 후, 나머지 네 손가락을 가볍게 쥐었을 때 손가락이 감기는 회전 방향이 자기장의 방향이 됩니다.
Q.
자침의 N극과 자기장의 방향은 어떤 관계인가요?
자침의 N극은 해당 지점에서 형성된 자기력선의 방향(자기장의 방향)을 가리키며 정지하게 됩니다.
Q.
도선 위와 아래에서 자계 방향이 왜 다른가요?
자기력선은 도선을 중심으로 원형으로 회전하기 때문에, 도선을 기준으로 한쪽 면에서 나오는 방향이라면 반대쪽 면에서는 들어가는 방향이 되어 서로 반대 방향을 가리키게 됩니다.