6

장 전류의 자기작용

6.1 

전류와 자계

6.2 

암페어의 주회적분

6.3 

비오•사바르의 법칙

6.1 

전류와 자계

◈ 전하가 움직이면 자력선을 만든다. 
◈ 전류는 전자들의 흐름. 
◈ 따라서, 도선에 전류가 흐르면, 도선 주변으로 자계가 생긴다.

I

--> 

도선의 기하학적인 형태는 대개 직선 혹은 원형이며, 본 절에서는 직선과 

원형 도선에 전류가 흐를 때 생성되는 자력선에 대해 학습한다.

I

직선전류

원형전류

I

I

6.1 

전류와 자계

A) 

직선 도선에 전류가 흐를 때 생성되는 자력선의 방향

직선 도선에 전류가 흐를때, 도선 주변에 생기는 자력선의 
방향은 “오른손 법칙”을 쓰면 된다. 

I

I

자력선

자력선

I

자

력

선

I

자

력

선

6.1 

전류와 자계

A) 

직선 도선에 전류가 흐를 때 생성되는 자력선의 방향

; 

지면에서 수직으로 들어가는 방향

; 지면에서 수직으로 나오는 방향

•

•

•

6.1 

전류와 자계

B) 

원형 도선에 전류가 흐를 때 생성되는 자력선의 방향

I

I

직선 도선에 전류가 흐를때, 도선 주변에 생기는 자력선의 방향은 
“오른손 법칙”을 쓰면 된다. 


 엄지와의 손가락이 감아 돌아가는 방향이 전류의 방향



 엄지 손가락이 자력선의 방향임

6.1 

전류와 자계

B) 

원형 도선에 전류가 흐를 때 생성되는 자력선의 방향

◈ 전자석

표 

8.1 물질의 비투자율

구분

물질

비투자율

강자성체

철

5000

코발트

250

니켈

600

규소강

7000

78 

퍼멀로이

100,000

전자석은 강자성체인 철심 위에 코일을 감아서 만든다

. 코일에 전류를 흘려주면 

코일에서 자계가 생겨나는데

, 이들 자계가 강자성체를 통과하면, 자속밀도가 대단히 

강해져서

, 때로는, 무거운 철판들을 끌어 당길 정도로 자력을 가진다.

철심

코일

예제) 전자석에서 코일의 권수가 120 

회, 전류가 0.5 [A]이다. 코일을 1회 감아서 같은 

기자력을 얻자면 전류를 얼마 흘려야 하는가 ? 

요크

(yoke)

코아

(core);전자석 

►

릴레이

(relay)의 원리 릴레이는 소형 전자석을 내장하고 전자석의 힘으로 접점을 

가동시키는 것으로 간접 스위치라 할 수 있음

.

요크

(yoke) ; 첨실은 자계에 대단히 민감하게 

작동한다

. 따라서 외부에서 자계가 흘러들어 

오면

, 오동작을 할 수 있다. 

요크는 자계차폐 장치로 전자석 주위를 둘러 
쌓아서 외부에서 전자석에 삽입되는 자계를 
차단한다

. 

외부의 자계로는 지자계가 대표적인 예가 될 수 
있다

. 

철편

전기분야에서 릴레이는 소형 전자석을 내장하고 전자석의 힘으로 
접점을 가동시키는 것으로 간접 스위치라 할수 있다.
접점수가 1개에서 보통 4

개(회로)까지 복합 구성된 제품이 사용되고 

있으며 코일전압은 5,12,24V DC 용과 110,220VAC 용 등이 일반적인 
제품임.
• 

터치스위치는 인체의 미세한 전류를 감지 작동한다. 작동을 위해서    

   전자회로와 릴레이가 포함되어 있다. 유사스위치론 
• 

말을 했을때on/off 하는 음파스위치, 

• 

사물의 움직임을 감지하여on/off하는 근접스위치 (아파트 계단에) 

• 

리모콘 처럼 쓰는 전파스위치 등이 있다.

직선 전류 주변에 원형으로 자기장이 발생한다. 도선에서 거리 

r 되는 곳에서 

자계의 세기 H(r) 는 다음과 같다; 

H

r

6.2 

암페어의 주 회적분

I

예) 그림에서, 3개의 도선이 모두 같은 방향으로 0.5 [A] 의
전류가 흐른다면, 반경 40 [cm] 에서 자계의 세기는 ? 

► 

앙페르의 법칙

∮ 

는.

dl   

은

I ;.  

∮ H • dl  = I

닫힌 경로

열린 경로

► 

앙페르의

법칙

앙페르 법칙을 사용해서 그림의 무한 직선 도선에 흐르는
전류가 만드는 자계를 거리 

r 되는 곳에서의 세기를 구해보자;

∮ H • dl  = I

I

H

dl

② 반경 r의 원주 위의 자계의 세기는 같다. 


원주 위에서는 중심으로 부터  거리가 모두 같다. 



즉, 원주 위에서 H는 일정한 값을 가진다. 

③  dl   

은 원주를 돌면서 적분하는 것을 의미함. 

주의; 

전류는 반경 r 

안에 포함되어 있는 전류의 양임.

r

예) 무한 길이의 직선 도산에서 6.28 [A]의 전류가 흐를 때 자계 세기가     5 

[A/m] 

인 점은 직선도선으로 부터 얼마나 떨어진 곳인가 ?

6.2.1 

무한 길이의 원통 도체에 의한 자계

a

예제) 반경 a 인 길이가 대단히 긴 원통형 도선에 전류 I [A] 
흐를때 도선 외부와 내부에서 자계를 구하시오.

1. 

도선 외부에서 자계 ;  r  >  a

I

H

dl

r

도선 외부의 경우, 즉, r  >  a     

일 때 반경 r  

의

원주내에 전체 전류가 , I, 포함된다. 

반경 a 인 원통형 도선

6.2.1 

무한 길이의 원통 도체에 의한 자계

a

2. 

도선 내부에서 자계 ;  r  <  a

도선 내부의 경우, 즉, r  <  a     

일 때 반경 r   

의

원주 내에 전체 전류 I  

의 일부가 포함된다. 즉

r

I’

I

따라서 반경 r  인 원통의 단면을 통과하는 
전류 I’은 전류 I와 다음과 같은 관계가 있다; 

위에서 본 단면

• • • • • • • • • •

6.2.2 

솔레노이드의 자계

솔레노이드(solenoid) ; 

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

원통형 솔레노이드

환상 

솔레노이드

6.2.2 

솔레노이드의 자계

A) 

환상솔레노이드의 자계

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

•

r

1)

환상 솔레노이드의 코일 권수가 n, 각 코일

에 흐르는  전류가 I 일 때 솔레노이드, 내부에
서 자계의 세기를 구하시오. 

① 

솔레노이드 내부에 반경 r   

의 원을 그림.

② 앙페르의 주회적분 공식을 적용

③ 반경 r 의 원을 통과하는

6.2.2 

솔레노이드의 자계

B) 

원통형 솔레노이드의 자계

• • • • • • • • • •



 원통형 솔레노이드의 내부 자계를 구해보자

(

내부 자계는 균일하다고 가정하자)

B) 

원통형 솔레노이드의 자계

② 앙페르의 주회적분 공식을 적용 --> 길이 l 안에 권수가 n 

∮H • dl  = nI

• • • • • • • • • •

A

D

C

B

 l 

① 

앙페르의 주회적분 공식을 적용하기

위해 닫힌 경로를 솔레노이드 표면에

그린다.


사각형 ABCD  

H

► 원통형 솔레노이드 외부의 자계 H= 0 으로 가정 했다. 첫번째 항은 “0” 
► 

길이 BC = 

길이 DA ≈ 0   

이 되도록 닫힌 경로를 선택했다. 즉,  2, 4

 “

번째 항은 0”  

► 

따라서 3번째 항만 남는다.

B) 

원통형 솔레노이드의 자계

= nI



H 

dl

C

D 

원통형 솔레노이드의 내부 자계는 균일하므로,  H는 적분에서 일정한 값을 가짐 즉, 

단위 길이당 도선의 권수를  n

0 라면, 즉 n0 = n / I 로 두면, 

--> 

원통형 솔레노이드 내부 자계세기

예) 반경 20 [cm] 의 환상 철심에 260 회의 코일을 감아서 5 [A] 의 전류를 
흘릴 때 철심내의 자계의 세기는 얼마가 되는가 ? 

예) 전류 분포가 균일하고 반경이 r [m] 인 원통
도체에서 4 [A]의 전류를 흘렸을 때 도체 중심에
서 ½ r [m] 에서 자게의 세기가 1 / 4 라면 r은
 얼마인가 ?

a

 
r

I’

I

예) 단위 길이 당 권수가 500 회인 무한히 긴 솔레노이드에 20 [mA]의 전류를 

흘렸을 때 내부의 자계는 얼마인가 ?