2007년03월04일 9번

[전기자기학]
그림과 같이 직류전원에서 부하에 공급하는 전류는 50[A]이고 전원전압은 480[V]이다. 도선이 10[㎝] 간격으로 평행하게 배선되어 있다면 1[m] 당 두 도선 사이에 작용하는 힘은 몇 [N]이며, 어떻게 작용하는가?

① 5×10-3, 흡인력
② 5×10-3, 반발력
③ 5×10-2, 흡인력
④ 5×10-2, 반발력

(정답률: 58%)

문제 해설

두 도선 사이에 작용하는 힘은 페르냥 법칙에 의해 F = BIL이다. 여기서 B는 자기장의 세기, I는 전류, L은 도선의 길이를 의미한다. 이 문제에서는 두 도선이 평행하게 배선되어 있으므로, 자기장의 세기는 두 도선 사이의 중심에서 가장 강하다. 따라서 B는 μ₀I/2πd이다. 여기서 μ₀는 자유공간의 유전율, d는 두 도선 사이의 거리를 의미한다. 따라서 F = μ₀IL/2πd이다.

문제에서는 d = 10[㎝] = 0.1[m], L = 1[m], I = 50[A]이므로, F = (4π×10^-7 N/A^2) × 50[A] × 1[m] / (2π × 0.1[m]) = 5×10^-3[N]이다. 이는 두 도선 사이에 반발력으로 작용하는 힘이다. 이유는 두 도선이 서로 반대 방향으로 전류가 흐르기 때문에 서로 밀어내는 힘이 작용하는 것이 아니라, 서로 끌어당기는 힘이 작용하기 때문이다. 따라서 흡인력이 아니라 반발력이다.

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