전기모터의기초(2)[전자기력 과 장론]

 

 

전기 모터를 이해하기 위해서는 '힘(force)'에 대한 개념과 이의 역사적 발전 과정을 이해하는 것이 필수적이다.

 

 초기 힘에 대한 분석을 시작한 인류는 힘은 물체 간의 근접해서만 작용한다고 믿었고, 이를 근접작용설(Theory of Proximal Action)이라 명명해 주장했다.

 

 그러나 뉴턴은 물체가 서로 떨어져 있어도 힘이 작용할 수 있다는 원격작용설(Theory of Action at a Distance)을 중력 기반으로 대두시켰고, 이 이론을 기반으로, 중력에서 두 물체가 물리적으로 접촉하지 않아도 서로 영향을 미칠 수 있다.라고 담론을 제시하였다.

 

 하지만 기술이 발달함에 따라 이 원격작용설도 완전하지 않다는 것이 밝혀졌고, 현대에 이르러 모든 힘은 '장론(Field Theory)'을 기반으로 설명하고 있다.

 

 장론에 따르면 힘은 물체가 직접 접촉하지 않더라도, 물체 주위의 공간(장, field)을 통해 작용한다. 예를 들어, 중력(gravity)은 두 물체가 서로 직접적으로 힘을 주고받는 것이 아니라, 물체가 중력장을 발생시키고, 다른 물체가 이 중력장(gravitational field) 안에 위치함으로써 힘을 받는 것이다.

 

 결론적으로, 장론(Field Theory)은 눈에 보이지 않는 힘이 존재하는 공간을 설명하는 개념이라고 이해할 수 있다. 이러한 장은 힘의 종류에 따라 다르게 나뉘는데, 대표적으로 중력장(gravitational field), 자기장(magnetic field), 전기장(electric field)등이 있다.

 

 인류는 이를 보다 명확하게 설명하기 위해 물리학에서는 스칼라(scalar)와 벡터(vector)라는 개념을 도입했다. 스칼라는 키나 몸무게처럼 하나의 값으로 표현되는 양이며, 벡터는 방향(direction)과 크기(magnitude)를 가지며, 2차원에서는 두 개, 3차원에서는 세 개의 값으로 표현된다. 힘이나 가속도(acceleration)는 벡터로 설명되며, 이는 전자기력(electromagnetic force)이나 힘의 전달을 설명할 때 주요한 역할을 한다.

 

 전자기력에서 전자기장(electromagnetic field)은 벡터 필드(vector field)로 해석되며, 이는 공간의 모든 지점에서 작용하는 물리적 장이다. 특히, 전기력(electric force)은 서로 다른 극성(polarity)을 가진 두 전하(charge) 사이에 발생하는 힘으로, 전하가 주변 공간으로 전기장을 방사하고, 이 전기장 내에 위치한 다른 전하와 상호작용을 하게 된다.

 

 이러한 장론의 중요한 장점은 공간에 에너지가 저장되는 현상을 설명할 수 있다는 것이다. 또한, 힘이 전달되는 과정에서 발생하는 시간 지연(time delay)과 빛의 속도(speed of light), 그리고 전파 특성(propagation characteristics)에 대해 정확하게 설명할 수 있어, 이는 현대 전기 이론(modern  electric  theory)의 기초가 되었다.

 

 결국, 전기장과 자기장은 소스(source)로부터 빛의 속도로 퍼져나가고, 이를 통해 공간 내에서 상호작용을 계산할 수 있다. 이러한 모든 과정은 전자기학(electromagnetism)을 통해 상황을 통제하는 지배 방정식인 맥스웰 방정식(Maxwell's equations)을 도출하기 위한 과정으로 이해될 수 있다. 이를 통해 우리는 전기 모터에서 전기력(electric force)이 자기력(magnetic force)으로 변환되는 과정을 수학적으로 분석할 수 있게 된다.

 

전기모터의기초(1)[뉴턴의 운동법칙과 전자기력]

 

공학의 기초 지배방정식이란 무엇인가?