[일반물리학] Serway 대학 물리학 2 22강 질문 요약 (S1, S2, Ampère's law, displacement current, x-axis electric field, y-axis electric field, Ampère-Maxwell equation, Faraday's law.)

질문 요약

Serway 대학 물리학 2 22강에서 나온 그림 33.1에서 S1, S2를 잡는 이유와 앙페르 법칙에 대한 이해, 그림 33.6에서 x축과 평행한 전기장이 발생하지 않는 이유, 그리고 식 33.16과 식 33.13의 차이점에 대해서 궁금합니다.

답변 요약

앙페르 법칙은 전기자기학에서 사용되는 법칙으로서, 자기장과 전류 사이의 관계를 설명하는 것입니다. 이 법칙에서는 선적분을 통해 자기장을 계산하게 되며, 계산을 위한 경로가 고리 형태일 필요가 있습니다. S1을 통과하는 전류는 존재하지만, S2를 통과하는 전류는 없습니다. 따라서 앙페르 법칙이 완벽하게 설명이 되려면 문제의 상황에 따라 S1과 S2로 나누어도 법칙이 성립해야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도입된 개념은 변위 전류이며, 이는 앙페르 법칙의 적용을 확장시켜 줍니다. 앙페르 법칙의 좌변은 선적분을 통해 고리 형태의 앙페르 선을 가정하는 것입니다. 반면에, 우변은 고리를 통과하는 총 전류의 세기를 의미합니다. S1을 통과하는 전류는 존재하지만 S2를 통과하지 않는 상황은 앙페르 법칙이 완벽한 설명을 제공하지 않는다는 것을 보여줍니다. 이를 보완하기 위해 변위 전류이라는 개념이 도입되었습니다. x축 방향으로의 전기장도 유도되지만, 전기장의 유도 방향은 아랫면이 +x축 방향일 경우 윗부분은 -x축 방향입니다. 따라서 y축 방향의 전기장 변화만을 고려하면 됩니다. 앙페르-맥스웰 방정식과 패러데이 법칙은 부호가 서로 반대로 표현되어 있는데, 이는 전기장의 변화율과 자기장의 공간 변화율 사이의 선형적인 관계를 나타내기 위함입니다. 이는 전기장의 증가와 감소에 따라 자기장 변화율의 부호를 조정하기 위한 것입니다.

원본 바로가기 >>>

Unsplash 추천 이미지 (키워드 : S1, S2, Ampère's law, displacement current, x-axis electric field, y-axis electric field, Ampère-Maxwell equation, Faraday's law. )