헬름홀츠코일을 이용한 자기장과 자기력 측정

◎자기력 자기장이 있는 공간에서 전하q의 입자가 속도 v로 운동하고 있을 때, 그 입자는 자기장의 방향 및 그 입자의 속도에 수직인 방향으로 힘을 받게 되며, 힘의 크기는 전하속력, 자기장의 세기에 비례한다는 것이 실험적으로 밝혀졌다. 이 사실을 종합하여 그 입자가 받는 힘을 F라 할때 공간에서의 자기장을 의 식으로 정의한다. 국제단위계에서 자기장의 단위는 Tesla [N/A·m]이고, CGS단위계에서는 가우스(Gauss)로 주어지며, 두단위 사이의 변환은 1 Tesla = 104Gauss 로 이루어진다. 전기의 경우와 마찬가지로 자기장에 관한 계산에서 우리는 국제단위계만을 사용한다. 자기장과 관련된 문제는 3차원의 개념이 많이 필요하고, 따라서 그림에서 종이의 면에 수직한 방향을 나타내기 위해 “⊙”, 와 “⊗”의 기호를 자주 사용한다. 전류,자기장,힘의 방향을 나타낼때, 기호“⊙”는 그림의 면을 수직으로 뚫고 나오는 방향을, “⊗”의 기호는 수직으로 뚫고 들어가는 방향을 의미한다. 자기력이 전하의 속도에 수직으로 작용한다는 점은 자기장 안에서의 하전입자의 운동을 매우 독특한 형태로 만들게 된다. 하나의 중요한 결과로 자기력이 운동한ㄴ 하전입자에 하는 일을 계산해 보면 위의 식에 의해 이므로 W자기력 임을 알 수 있다. 따라서 자기장 안에서 입자의 운동에너지는 변함이 없게 된다. 자기장은 하전입자가 V라는 속도의 방향만 바꿀 뿐, 속력에는 영향을 주지 않는 것이다.