그림과 같이 반지름 a[m]인 원형 도선 루프 2개가 ±Z축 상에 놓여 있다. I[A]의 전류가 흐를 때 원형전류 중심축 상의 자계 Hz[AT/m]는? (단, az,aϕ는 단위벡터이다.)
1
Hz=2(a2+z2)23a2Iaz
2
Hz=2(a2+z2)23a2Iaϕ
3
Hz=(a2+z2)23a2Iaϕ
4
Hz=(a2+z2)23a2Iaz
해설
반지름 a인 원형 코일에 전류 I가 흐를 때 중심에서 축방향으로 z만큼 떨어진 점의 자계는 H=2(a2+z2)3/2a2I이고 방향은 축방향인 az이다. 그림처럼 +z와 −z에 놓인 두 루프에 같은 방향으로 I가 흐르면 두 루프의 중간(원점)에서는 각 루프까지의 거리가 z로 같고 두 자계가 같은 방향으로 겹치므로 정확히 2배가 된다. 즉 Hz=2×2(a2+z2)3/2a2Iaz=(a2+z2)3/2a2Iaz이므로 정답은 ④ Hz=(a2+z2)3/2a2Iaz 이다. ① 은 루프가 하나일 때의 값이어서 2배를 반영하지 못했고, ②·③ 의 aϕ는 도선 주위를 감아 도는 원주방향이므로 중심축상 자계의 방향이 될 수 없다.
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