자기장

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물리학에서, 자기장 이란 자기력이 미치는 공간을 말한다. 이 가운데 움직이는 전하(즉, 전류)가 만들어내는, 다른 움직이는 전하에 힘을 미치는 공간을 전류가 만드는 자기장이라고 한다. (양자역학에서는 전자의 스핀이 전류와 같은 역할을 하여 자기장을 만들어낸다고 생각하며, 이를 통해 강자성체의 "영구자성"을 설명한다.) 자기장은 벡터장으로, 그 방향은 자기장 안에 있는 나침반이 가리키는 방향과 같다.

[편집] 기호와 용어

자기장은 통상 기호 $\mathbf{B} \$ 로 표시된다. $\mathbf{B} \$ 는 자속밀도(magnetic flux density, 또는 magnetic induction)라고 하며 $\mathbf{H}$ 를 자기장(또는 자계강도)라고 한다. 이 두 용어는 자기물질을 다룰 때 자주 구별된다. 그러나 한편으로는 이런 구별을 무시하고 둘 모두 자기장의 표현으로 사용하는 일도 많다. 선형물질(예를 들면 공기나 자유공간)에서 이 두가지는 다음과 같은 관계가 있다.

$\mathbf{B} = \mu \mathbf{H} \$

$\ \mu$ 는 매질의 투자율(단위: 헨리 / 미터)이다.

SI 단위계에서 $\mathbf{B} \$ 와 $\mathbf{H} \$ 는 각각 테슬러와 암페어/미터 단위로 측정되며, cgs 단위계에서는 가우스와 에르스텟(oersted)로 측정된다.

[편집] 정의

전기장과 마찬가지로 자기장은 그것이 생성하는 힘으로 정의할 수 있다. SI 단위계에서는 :

$\mathbf{F} = q \mathbf{v} \times \mathbf{B}$

F 는 자기장이 생성한 힘이며 단위는 뉴턴이다.

$\times \$ 는 외적을 나타낸다.

$q \$ 는 자기장 안에 있는 전하이며 단위는 쿨롱이다.

$\mathbf{v} \$ 는 전하 $q \$ 의 속도이며 단위는 미터/초 이다.

B는 자속밀도이며 단위는 테슬러이다.

이 법칙은 로렌츠 힘이라고 불린다. (좀 더 정확하게 말하자면, 전기장이 없을 때의 로렌츠 힘이다. 자기장은 다른 기준계에서 로렌츠 변환에 의해 전기장으로 바뀌지만, 전기장과 자기장으로 인한 총 힘은 그대로 유지되기 때문에, 이 법칙은 어떤 기준계에서도 적용된다.)