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과학

자기 쌍극자 모멘트

자기 쌍극자 모멘트과학
영어
Magnetic dipole moment
기호
μ 또는 m
SI 단위
A m²
같은 고리를 N회 감은 코일
μ=NIA n
자기 쌍극자 모멘트는 전류 고리나 작은 자성계의 자기적 크기와 방향을 나타내는 벡터다. 평면 전류 고리에서는 μ=IA n이며, 균일한 외부 자기장 안에서 받는 돌림힘은 τ=μ×B로 표현된다.

전류 방향과 법선

전류가 도는 방향으로 오른손 손가락을 말면 엄지가 모멘트 방향을 가리킨다. 모멘트는 고리 면 안에 놓이는 벡터가 아니라 면의 법선 방향이다. 전류가 반대로 흐르면 같은 면적에서도 모멘트 방향이 반대가 된다.

같은 면적과 감은 수

면적 0.01 m²인 고리에 2 A가 흐르면 모멘트 크기는 0.02 A m²다. 같은 고리 50개가 같은 방향으로 겹친 이상적인 코일이면 1 A m²가 된다. 여기서 면적은 각 고리가 둘러싼 면적이며 도선 자체의 단면적이 아니다.

힘과 돌림힘 구별

균일한 외부 자기장 속의 닫힌 전류 고리는 전체 힘이 0이어도 돌림힘을 받을 수 있다. 모멘트가 자기장과 평행하면 돌림힘은 0이고 수직이면 크기가 μB다. 외부장이 비균일하면 전체 힘도 생길 수 있어 균일장 결과를 그대로 확대할 수는 없다.

미시적 계와의 관계

원자와 전자도 자기 모멘트로 자기장과의 상호작용을 나타낼 수 있다. 다만 전자의 스핀을 실제 작은 도선 고리가 회전하는 모습으로 동일시해서는 안 된다. 고전적 전류 고리의 정의와 양자계에서의 모멘트 연산자는 표현하는 수준이 다르다.

관련 문서

자기장 / 전류 / 돌림힘 / 전자 스핀 / 궤도 자기 모멘트 / 솔레노이드 / 전기 쌍극자 / 벡터곱