[전기 이론] 앙페르의 오른나사법칙, 플레밍의 왼손법칙

 전동기의 원리를 알기 위해서는 자석의 성질을 알아야 한다. 자석은 N극과 S극이 존재하는데 같은 극끼리는 밀어내는 힘을 가지고 다른 극끼리는 붙으려는 성질이 있으며 이를 자기력(磁氣力, Magnetic Force)이라 하며 자기력이 미치는 공간을 자기장(磁氣場, Magnetic Field)이라 한다.

 

 이러한 자석의 성질로 인하여 다른 금속물체가 자석의 성질을 가지게 되는 것을 자화(磁化, Magnetization)라 하며 이러한 물체를 자성체(磁性體, Magnetic Material)라 부른다. 자성체가 자화되면 그 내부에서는 자기력선이 생기게 되고 이 자기력선의 묶음을 자속(磁束, Magnetic Flux)이라 한다. 여기서 단위 면적을 통과하는 자속의 양을 자속밀도(磁束密屠, Magnetic Flux Density)라고 하며 다음 공식으로 표현할 수 있다.

자속밀도 공식

 

 자석의 성질을 이해했다면 다음으로 전동기의 원리를 이해하기 위해 중요한 법칙은 앙페르 법칙과 플레밍 법칙을 들 수 있다. 앙페르의 법칙은 1820년 외르스테드가 전류가 흐르는 도선에 우연히 나침반을 놓았는데 나침반이 움직이는 것을 발견했다. 이를 앙페르가 이론적으로 증명하였고 전류가 흐르는 도선 주변으로 생기는 자속의 방향을 알아냈으며 이를 앙페르의 오른나사법칙(Ampere's Right Hand Screw Rule)이라고 부르게 되었다. 이는 드라이버로 나사를 조일 때의 모습에 착안하여 나사의 진행 방향을 전류의 방향으로 오른쪽으로 회전하는 방향을 자기장의 방향으로 나타내어 오른나사법칙이라는 이름으로 정의가 된 것이다.

앙페르의 오른나사법칙 / 출처 : 펌핑스토리

 

 더 너아가 도선을 아래의 그림과 같이 원형으로 감은 솔레노이드 코일을 오른손으로 쥐면 4개의 손가락이 향하는 방향이 전류의 방향이라고 가정하면 엄지손가락이 향하는 곳은 N극을 가리키게 되고 이는 자기장의 방향이 된다.

앙페르의 오른손법칙

 

플레밍의 법칙(Fleming's Rule)은 플레밍이 1885년 발견한 전류, 자기장, 도선 운동에 관한 법칙으로 발전기의 원리를 설명할 때는 플레밍의 오른손 법칙, 전동기의 원리를 설명할 때는 플레밍의 왼손 법칙으로 설명할 수 있다. 이 둘의 차이점을 설명해보자면 오른손법칙의 경우, 자기장이 존재하는 상황에서 자기장 내에서 운동에너지가 발생하면 자기장의 변화로 기전력이 유도되어 도선에 흐르게 되고 발전기를 설명하는 원리가 되는 것이다. 반대로 왼손법칙의 경우, 자기장이 존재하는 상황에서 도선에 전류를 흘리게 되면 앙페르의 오른나사법칙에 의해 도선 주변에 자기장이 발생하게 되고 기존 자기장과 도선에서 발생되는 자기장이 충돌하게 되어 운동에너지가 발생하며 전동기를 설명하는 원리가 된다.

플레밍의 법칙 / 출처 : 제이엔지니어링

 

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