전류 천칭: 라플라스 힘

1) 플레밍의 왼손 법칙: 로렌츠의 힘

 플레밍의 왼손 법칙이란 전하량을 가진 물체가 전자기장 내에서 받는 힘을 정의한 법칙이다. 이때 물체가 받는 힘을 로렌츠의 힘(Lorentz’s Force : F)이라고 하며 자기장의 방향과 전하량에 따라 물체가 받는 힘의 크기와 방향이 정해진다.

전하(q)를 띈 가진 입자가 균일한 전기장(E) 내에 존재하는 경우 다음과 같이 로렌츠의 힘(F)에 대한 관계식을 정리할 수 있다.

자기장(B) 내에 전하(q)를 띈 입자가 존재하는 경우 다음과 같이 로렌츠 힘(F)을 정의할 수 있다.

또한 자기장(B) 내에 전류(i)가 흐르는 도선을 놓았을 때 도선이 받는 로렌츠의 힘(F)은 다음과 같다.

2) 전류 천칭

 천칭이란 양팔 저울을 의미한다. 일반적으로 물체의 질량을 측정할 때 한쪽에는 물체를 올리고 다른 한쪽에는 질량을 알고 있는 분동을 올려 천칭의 힘의 평형을 통해 물체의 질량을 측정한다. 즉, 일반적인 천칭에서는 분동의 중력을 이용하여 물체의 질량을 측정한다.

 전류 천칭에서는 전자기력을 이용하여 물체의 질량을 측정한다. 질량을 측정하고자 하는 물체를 한쪽에 놓고 다른 한쪽에는 회로를 구성하여 전자기력을 형성한다. 전류 천칭이 평형을 이루면 회로가 형성한 전자기력을 계산하여 물체의 질량을 측정할 수 있다.

 전류 천칭 실험에서는 균일한 자기장 내에 있는 도선에 전류가 흐를 때 형성되는 로렌츠의 힘을 측정하여 전류 천칭의 원리를 이해하고 로렌츠의 힘에 영향을 미치는 물리량에 대해 학습할 수 있다.