전자기학 1주차

전자기학이란?

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  전자기학(Electromagnetics)은 정지 또는 이동 상태에 있는 전하들에 의해 발생하는 전기, 자기적인 현상을 연구하는 학문입니다.

  Electric field(전계)의 근원이 되는 음극과 양극을 띤 전하들은 Magnetic field(자계)의 근원이 되는 전류를 발생시킵니다. 또한 Fields(계)와 전자계에서 방출되는 Waves(파)는 기본적인 개념으로써 먼 거리에서 일어나는 현상을 설명하는데 도와줍니다. 그래서 회로이론만으로 핸드폰의 통신 원리를 설명할 수 없습니다. 전자기학은 다른 말로 전하와 전류의 먼 거리에서의 상호작용을 이해하기 위해서 배우는 것입니다.

  전기장과 자기장은 3차원에 벡터이고, 시간과 공간에 따라 달라집니다. 이 어려운 전자기학을 공부하기 위해선 높은 레벨의 추상적 사고가 필요하고, 깊은 물리적 이해를 개발하도록 노력해야합니다. 이에 필요한 것은 수학이라는 강력한 도구입니다. 벡터 대수, 벡터 미적분, 편미분 방정식을 다룰 줄 알아야합니다.

 

  전자기학의 기본이 되는 것은 ‘전하’(Charge)입니다. 전자기학에서는 전하의 움직임에 대해 공부를 합니다. 전자기학은 세부적으로 3가지로 나눌 수 있습니다.

 

Electrostatics [Charges at rest] 정전기학

Magnetostatics [Charges are in steady motion] 정자기학

Electrodynamics [Charges are in time-varying motion (Wave)] 전기역학

  전하의 가장 기본적인 요소는 전자, 양성자, 중성자입니다. 전기적 전하는 개별적 양으로 구성하고 있으며 거시적인 관점에서 전하는 연속적인 속성을 띠고 있습니다.

 

전자기학의 응용

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통신

a) Future communication technology

b) Radio communication antenna

c) Smart phone

d) Space data communication, technology concept

 

컴퓨터

a) Internet b) Online computer class

c) Router d) Data cables

e) Microprocessor

 

안테나

a) Yagi antenna b) Reflector antenna for x-band

c) GSM antenna d) Mobile phone antenna dishes

e) GPS antenna

 

국방

a) Military ship b) Military fighter

c) A typical military radar screen

d) Radar from a military boat

 

의료

a) MRI b) EEG c) Endoscopy

d) OCT (Ocular Coherence Tomography)

 

전자기학의 기본적인 법칙

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  맥스웰 방정식은 전하와 전류가 전자계(Electric and Magnetic fields)의 근원으로써 어떻게 활동하는지 묘사할 수 있게 해줍니다. 또한 전기장이 자기장을 어떻게 발생시키는지, 역으로 자기장이 전기장을 어떻게 발생시키는지 묘사할 수 있습니다. 정전기(only E-field), 정자기(only H-field), 전자기파(both E&H field)에 대해서도 설명할 수 있습니다.

 

  몇 가지 법칙을 더 소개하자면 오른나사 법칙과 플레밍 법칙이 있습니다. 이에 대한 설명은 링크로 대체하겠습니다. 도선과 자기장에 관한 것은 오른 나사 법칙을, 전자기력의 방향을 따질 때(ex.전동기)는 플레밍 왼손 법칙, 자기장의 방향을 따질 때(ex.발전기)는 플레밍 오른손 법칙을 이용합니다.