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과학

비오 사바르 법칙

비오 사바르 법칙과학
영어
Biot–Savart law
대상
정상 전류의 자기장
방향
dℓ×r̂의 오른손 규칙
합산 방식
벡터 적분
비오 사바르 법칙은 정상 전류가 만드는 자기장을 전류 요소들의 기여를 합해 계산하는 법칙이다. 진공의 가는 도선에서는 dB=(μ₀/4π)I(dℓ×r̂)/r²로 나타내며, 전체 자기장은 이 벡터 기여를 도선 경로에 따라 적분해 얻는다.

거리 벡터의 방향

dℓ은 양의 전류 방향을 따르는 작은 도선 요소다. r̂은 그 요소에서 관측점으로 향하는 단위 벡터이고 r은 둘 사이 거리다. 관측점에서 도선으로 향하도록 r̂을 반대로 잡으면 계산되는 자기장 방향도 뒤집힌다.

각도에 따른 기여

작은 요소의 기여 크기는 I dℓ sinθ/r²에 비례한다. 요소와 관측 방향이 평행하면 그 요소의 기여는 0이고 수직이면 같은 거리에서 가장 크다. 이는 전체 도선의 자기장까지 언제나 0이라는 뜻은 아니다. 다른 요소들의 기여도 합해야 한다.

전체 형상의 효과

각 요소는 거리와 방향이 다르므로 크기만 더하지 않고 벡터로 합한다. 원형 고리 중심에서는 대칭성을 이용해 계산을 단순화할 수 있다. 작은 요소의 식에 1/r²가 있다는 이유만으로 어떤 모양의 전체 도선도 같은 거리 법칙을 따른다고 결론 내릴 수는 없다.

적용 범위

이 형태는 정자기학의 정상 전류와 진공을 기준으로 한다. 전류가 빠르게 바뀌어 전파 지연과 복사가 중요한 상황은 시간 의존 전자기장으로 다뤄야 한다. 자성 물질이 주변에 있는 경우에도 그 물질의 반응을 무시한 진공 식만으로 모든 자기장을 계산할 수는 없다.

관련 문서

자기장 / 전류 / 솔레노이드 / 자속 / 벡터곱 / 적분 / 전자기파 / 전자기 유도