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1[7급 국가직 전기자기학] 23년 1회차
그림과 같이 자유공간에서 균일한 자속밀도 B\mathrm{B}[Wb/m2]가 존재하고, 자속밀도 방향과 30 °의 각도를 이루고 있는 반지름이 aa[m]인 원형 도선에 전류 II[A]가 흐를 때, 이 도선이 받는 토크의 크기[Nㆍm]는?

문제 이미지
1
πa2IB2\dfrac{\pi a^2IB}{2}
2
πa2IB2\dfrac{\pi a^2IB}{\sqrt{2}}
3
3 πa2IB2\dfrac{\sqrt{3}\,\pi a^2IB}{2}
4
2 πa2IB\sqrt{2}\,\pi a^2IB
해설

토크의 크기는 πa2IB2\dfrac{\pi a^2IB}{2}이다.

전류 루프의 토크는 T=IABsin⁡θT=IAB\sin\theta이며, θ\theta는 루프면의 법선과 자속밀도 사이의 각이다. 그림에서 30°는 루프의 법선(점선)과 B가 이루는 각이다.

T=I(πa2)Bsin⁡30∘=πa2IB2T=I(\pi a^2)B\sin30^\circ=\dfrac{\pi a^2IB}{2}

  • 3 πa2IB2\dfrac{\sqrt{3}\,\pi a^2IB}{2}: 30°를 루프면과 B 사이 각으로 잘못 보고 코사인을 쓴 값이다.
  • πa2IB2\dfrac{\pi a^2IB}{\sqrt{2}}: 45°일 때의 값이다.
  • 2 πa2IB\sqrt{2}\,\pi a^2IB: 최대 토크 πa2IB\pi a^2IB보다도 커서 성립할 수 없다.

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