물리교육에서 다루어지는 전자석의 자기력에 대한 이론적 연구
Theoretical Study on Magnetic Force of Electromagnet for Physics Education
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초록
전자석이 물체에 작용하는 자기력은 초등학교의 물리교육에서 정성적으로 다루어진다. 그러나 초등학교 교사나 과학교사들의 이에 대한 이해도는 매우 낮다. 이러한 이유 중에 하나는 이들에 대한 정보들을 찾아보기가 매우 어렵다는 것이다. 이 연구의 목적은 전자석의 자기력에 대한 정성적이고 정량적인 정보를 초등학교 교사나 과학교사들에게 제공하는 것이다. 이 연구에서 전자석의 철심의 자화에 대한 개념들을 바탕으로 전자석의 자기장을 유도하였으며, 그리고 자기포텐샬에너지 방법으로 전자석의 자기력을 체계적으로 유도하고 논의하였다. 이 연구에서 유도된 물체에 작용하는 전자석의 자기력은 전자석의 단면적과 물체의 자화도에 비례하며, 철심의 상대투자율, 단위 길이당 고리전선의 수, 그리고 고리전선에 흐르는 전류의 제곱에 비례한다.
Abstract
The magnetic force of an electromagnet acting upon a material object have been treated qualitatively in physics education of elementary school. But the degree of understanding about the magnetic force of an electromagnet of elementary school teachers or science teachers was very low. It is a reason for them that it is very difficult to find the informations about the magnetic force of an electromagnet. The purpose of this study is to provide the qualitative and quantitative informations about the magnetic force of an electromagnet to elementary school teachers or science teachers. The magnetic field of an electromagnet was derived on the base of the concepts about the magnetization of the core of an electromagnet, and the magnetic force of an electromagnet was derived using the magnetic potential energy method and was discussed in this study. The magnetic force of an electromagnet derived in this study is proportional to the cross section area of the electromagnet and the magnetic susceptibility of the material object, and is proportional to the squares of the relative permeability of the core material, the number of loop wire per unit length, and the current through a loop wire of the electromagnet.
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