자성체와 자기회로

자화의 세기

자성체를 외부 자계 속에 놓으면 원자나 전자가 가진 자기 모멘트가 외부 자계 방향으로 정렬되는데, 이 현상을 자화작용이라 한다. 자화작용으로 단위 체적당 자기 모멘트의 합이 자화의 세기 M이며, 식으로 쓰면 M = 자기 모멘트의 합 ÷ 체적이다. 단위는 [A/m]으로 자계의 세기 H와 같다. 자화된 물질에는 자화전류가 흐르며, 체적 자화전류 밀도는 J_m = ∇×M이다. 균일하게 자화된 자성체에서는 이 값이 0이고, 자화전류는 표면에만 면전류 K_m = M×n의 형태로 흐른다. 이 자화전류는 자유전자 이동으로 생기는 전도전류가 아니라 원자 내부 속박 전하의 운동으로 생기는 속박전류이다.

자속밀도 및 자속

자성체가 있는 자계에서 자속밀도는 B = μ0(H + M)으로 나타나며, 자화의 세기 M이 자속밀도에 더해진다. 자속은 자속밀도를 면적에 대해 적분한 값이며, 자속선은 시작과 끝이 없는 폐곡선을 이룬다. 이를 자속분포의 법칙이라 하며, 자속밀도의 발산은 0이므로 자하가 자속을 발생시키지 않는다. 임의의 폐곡면을 통과하는 전체 자속은 0이다. 벡터 포텐셜 A로 자속밀도는 B = ∇×A로 구하며, A의 단위는 [Wb/m]이다. 진공 중 자극의 세기 m[Wb]인 점자하가 거리 r[m] 떨어진 점에 만드는 자속밀도는 B = m/(4πr²)이다. 정자계와 정전계는 거리의 제곱에 반비례하는 역제곱 법칙을 따르며, 자극은 정전계의 전하에 대응한다.