지구의 자기장은 지표면에서 약 25-65 마이크로테슬라(0.25-0.65 가우스)로 나침반 바늘을 움직이기에 충분합니다.

냉장고 자석은 표면에서 약 0.001 테슬라(10 가우스)를 생성합니다.

MRI 기계는 1.5에서 7 테슬라를 사용하며, 이는 지구 자기장보다 최대 140,000배 더 강력합니다!

실험실에서 생성된 가장 강력한 연속 자기장: 45.5 테슬라 (플로리다 주립 대학교)

중성자별은 최대 1억 테슬라의 자기장을 가지며, 우주에서 가장 강력합니다.

인간의 뇌는 약 1-10 피코테슬라의 자기장을 생성하며, MEG 스캔으로 측정할 수 있습니다.

자기부상열차는 1-4 테슬라의 자기장을 사용하여 600km/h 이상의 속도로 열차를 부상시키고 추진합니다.

1 테슬라 = 정확히 10,000 가우스 (SI와 CGS 시스템 간의 정의된 관계)

정의: 자기 플럭스 밀도의 SI 단위. 1 T = 1 웨버/m² = 1 kg/(A·s²)

명칭 유래: 니콜라 테슬라 (1856-1943), 발명가 및 전기 공학자

사용처: MRI 기계, 연구용 자석, 모터 사양

일반적인 값: 지구: 50 µT | 냉장고 자석: 10 mT | MRI: 1.5-7 T

정의: 자기 플럭스 밀도의 CGS 단위. 1 G = 10⁻⁴ T = 100 µT

명칭 유래: 카를 프리드리히 가우스 (1777-1855), 수학자 및 물리학자

사용처: 구형 장비, 지구 물리학, 산업용 가우스미터

일반적인 값: 지구: 0.5 G | 스피커 자석: 1-2 G | 네오디뮴 자석: 1000-3000 G

정의: 자기장 세기의 SI 단위. 자기장을 생성하는 단위 길이당 전류.

사용처: 전자석 설계, 코일 계산, 자기 재료 시험

일반적인 값: 지구: 40 A/m | 솔레노이드: 1000-10000 A/m | 산업용 자석: 100 kA/m

정의: 자기장 세기의 CGS 단위. 1 Oe = 79.5775 A/m

명칭 유래: 한스 크리스티안 외르스테드 (1777-1851), 전자기학 발견자

사용처: 자기 기록, 영구 자석 사양, 히스테리시스 루프

일반적인 값: 하드 디스크 보자력: 2000-4000 Oe | 영구 자석: 500-2000 Oe

정의: 테슬라의 100만 분의 1. 1 µT = 10⁻⁶ T = 0.01 G

사용처: 지구 물리학, 항법, EMF 측정, 생체 자기학

일반적인 값: 지구 자기장: 25-65 µT | 뇌 (MEG): 0.00001 µT | 전력선: 1-10 µT

정의: 1 나노테슬라와 같음. 1 γ = 1 nT = 10⁻⁹ T. 지구 물리학에서 사용됩니다.

사용처: 자기 탐사, 고고학, 광물 탐사

일반적인 값: 자기 이상 탐지: 1-100 γ | 일일 변화: ±30 γ

전자기학

강의 시연 중 외르스테드는 전류가 흐르는 전선 근처에서 나침반 바늘이 움직이는 것을 발견했습니다. 이는 전기와 자기를 연결한 최초의 관찰이었습니다. 그는 자신의 발견을 라틴어로 발표했고, 몇 주 안에 유럽 전역의 과학자들이 이 실험을 재현했습니다.

전류가 자기장을 생성한다는 것을 증명하여 전자기학 분야를 창시했습니다.

전자기 유도

패러데이는 변화하는 자기장이 전류를 생성한다는 것을 발견했습니다. 코일 안에서 자석을 움직이면 전기가 생성되었는데, 이는 오늘날 모든 발전기와 변압기의 원리입니다.

전력 생산, 변압기 및 현대 전기 그리드를 가능하게 했습니다.

통합 전자기 이론

맥스웰 방정식은 전기, 자기, 빛을 하나의 이론으로 통합했습니다. 그는 B-필드와 H-필드의 개념을 별개의 양으로 도입하여 빛이 전자기파임을 보여주었습니다.

전자기파를 예측하여 라디오, 레이더 및 무선 통신으로 이어졌습니다.

로런츠 힘의 법칙

자기장과 전기장 속에서 움직이는 하전 입자에 작용하는 힘인 F = q(E + v × B)를 설명했습니다. 이 공식은 모터, 입자 가속기, 음극선관의 작동 방식을 이해하는 데 기본이 됩니다.

자기장 내 입자 운동, 질량 분석법, 플라즈마 물리학 이해의 기초가 되었습니다.

초전도성

수은을 4.2K로 냉각시키자 오너스는 전기 저항이 완전히 사라지는 것을 발견했습니다. 초전도체는 자기장을 밀어내어(마이스너 효과) 에너지 손실이 없는 초강력 자석을 가능하게 합니다.

MRI 기계, 자기부상열차, 10+ 테슬라 자기장을 생성하는 입자 가속기 자석으로 이어졌습니다.

최초의 레이저

직접적으로 자성에 관한 것은 아니지만, 레이저는 패러데이 회전 및 제이만 효과와 같은 자기광학 효과를 통해 정밀한 자기장 측정을 가능하게 했습니다.

자기장 감지, 광 아이솔레이터 및 자기 데이터 저장에 혁명을 일으켰습니다.

MRI 의료 영상

다마디안은 암 조직이 건강한 조직과 다른 자기 이완 시간을 갖는다는 것을 발견했습니다. 이는 방사선 없이 상세한 신체 스캔을 생성하기 위해 1.5-7 테슬라 자기장을 사용하는 MRI(자기 공명 영상)로 이어졌습니다.

의료 진단을 변혁하여 연조직, 뇌 및 장기의 비침습적 영상을 가능하게 했습니다.

결론: 거짓

둘 다 같은 것(B-필드/플럭스 밀도)을 측정하지만, 단위 체계만 다릅니다. 테슬라는 SI, 가우스는 CGS입니다. 1 T = 정확히 10,000 G. 미터와 피트처럼 서로 교환 가능합니다.

결론: 조건부

진공/공기 중에서만 사실입니다! 자기 재료에서는 변환이 투자율 μᵣ에 따라 달라집니다. 철(μᵣ~2000)에서 1000 A/m는 2.5 T를 생성하며, 0.00126 T가 아닙니다. B ↔ H를 변환할 때는 항상 가정을 명시하십시오.

결론: 대부분 거짓

최대 7 테슬라(MRI 기계)의 정자기장은 안전한 것으로 간주됩니다. 인체는 정자기장에 투명합니다. 매우 빠르게 변화하는 자기장(유도 전류)이나 10 T 이상의 자기장에 대한 우려가 있습니다. 지구의 50 µT 자기장은 완전히 무해합니다.

결론: 모호함

혼란스럽습니다! 물리학에서 '자기장 세기'는 구체적으로 H-필드(A/m)를 의미합니다. 하지만 일상적으로 사람들은 '강한 자기장'이라고 말하며 높은 B-필드(테슬라)를 의미합니다. 항상 명확히 하십시오: B-필드인가요, H-필드인가요?

결론: 거짓 (하지만 비슷함)

진공 중에서: 수치적으로 1 Oe ≈ 1 G이지만, 다른 양을 측정합니다! 외르스테드는 H-필드(자화력)를, 가우스는 B-필드(플럭스 밀도)를 측정합니다. 이는 힘과 에너지를 혼동하는 것과 같습니다. 공기 중에서는 우연히 비슷한 수치를 가질 수 있지만, 물리적으로는 다릅니다.

결론: 경우에 따라 다름

일반적인 전자석: 0.1-2 T. 네오디뮴 자석: 1-1.4 T 표면 자기장. 하지만 초전도 전자석은 20+ 테슬라에 도달할 수 있어 어떤 영구 자석보다 훨씬 뛰어납니다. 극단적인 자기장에서는 전자석이 우세하며, 소형화와 무전력 소비 면에서는 영구 자석이 우세합니다.

결론: 거짓

자기장은 대부분의 물질을 쉽게 통과합니다! 초전도체만이 B-필드를 완전히 밀어내며(마이스너 효과), 투자율이 높은 재료(뮤메탈)는 자기력선을 방향 전환시킬 수 있습니다. 이것이 자기 차폐가 어려운 이유입니다. 전기장처럼 단순히 '차단'할 수 없습니다.

범위: 1 µT ~ 10 T

정확도: ±1-5%

측정대상: B-필드 (테슬라/가우스)

가장 일반적입니다. B-필드에 비례하는 전압을 출력하는 반도체 칩입니다. 스마트폰(나침반), 가우스미터, 위치 센서에 사용됩니다.

장점: 저렴하고, 소형이며, 정자기장을 측정합니다.

단점: 온도에 민감하며, 정확도가 제한적입니다.

범위: 0.1 nT ~ 1 mT

정확도: ±0.1 nT

측정대상: B-필드 (테슬라)

자기 코어의 포화를 이용하여 미세한 자기장 변화를 감지합니다. 지구 물리학, 항법 및 우주 임무에 사용됩니다.

장점: 매우 민감하며, 약한 자기장에 적합합니다.

단점: 높은 자기장을 측정할 수 없으며, 더 비쌉니다.

범위: 1 fT ~ 1 mT

정확도: ±0.001 nT

측정대상: B-필드 (테슬라)

가장 민감한 자력계입니다. 액체 헬륨 냉각이 필요합니다. MEG 뇌 스캔 및 기초 물리학 연구에 사용됩니다.

장점: 비교할 수 없는 민감도 (펨토테슬라!)

단점: 극저온 냉각이 필요하며, 매우 비쌉니다.

범위: 10 µT ~ 10 T

정확도: ±2-10%

측정대상: B-필드 변화 (dB/dt)

플럭스가 변할 때 전압을 생성하는 전선 코일입니다. 정자기장은 측정할 수 없으며, AC 또는 움직이는 자기장만 측정 가능합니다.

장점: 간단하고, 견고하며, 고자기장 측정이 가능합니다.

단점: 변화하는 자기장만 측정하며, DC는 측정하지 못합니다.

범위: 1 A ~ 1 MA

정확도: ±1%

측정대상: 전류 (H-필드와 관련됨)

생성되는 자기장을 감지하여 AC 전류를 측정합니다. 접촉 없이 도체 주위를 감쌉니다.

장점: 비침습적이며, 넓은 동적 범위를 가집니다.

단점: AC 전용이며, 자기장을 직접 측정하지 않습니다.

테슬라(T)는 SI 단위이고, 가우스(G)는 CGS 단위입니다. 1 테슬라는 정확히 10,000 가우스입니다. 테슬라는 과학 및 의료 분야에서 선호되며, 가우스는 오래된 문헌 및 일부 산업 분야에서 여전히 일반적입니다.

진공/공기 중에서만 가능합니다! 진공 상태에서: B(테슬라) = μ₀ × H(A/m) 이며, 여기서 μ₀ = 4π×10⁻⁷ ≈ 1.257×10⁻⁶ T·m/A 입니다. 철과 같은 자기 재료에서는 재료의 상대 투자율(μᵣ)이 필요하며, 이는 1에서 100,000 이상이 될 수 있습니다. 저희 변환기는 진공을 가정합니다.

B-필드(플럭스 밀도)는 재료 효과를 포함하여 실제로 경험하는 자기력을 측정합니다. H-필드(자기장 세기)는 재료와 무관하게 자기장을 생성하는 자화력을 측정합니다. 진공에서는 B = μ₀H이지만, 재료 내에서는 B = μ₀μᵣH이며 μᵣ은 매우 다양합니다.

지구 자기장은 지표면에서 25-65 마이크로테슬라(0.25-0.65 가우스) 범위입니다. 적도에서 가장 약하고(~25 µT) 자기극에서 가장 강합니다(~65 µT). 이는 나침반 바늘을 향하게 하기에 충분히 강하지만 MRI 기계보다 20,000-280,000배 약합니다.

네! 1 테슬라는 지구 자기장보다 약 20,000배 더 강합니다. 냉장고 자석은 ~0.001 T(10 G)입니다. MRI 기계는 1.5-7 T를 사용합니다. 가장 강력한 실험실 자석은 ~45 T에 달합니다. 중성자별만이 수백만 테슬라를 초과합니다.

1 외르스테드(Oe) = 1000/(4π) A/m ≈ 79.577 A/m 입니다. 외르스테드는 H-필드에 대한 CGS 단위이고, A/m은 SI 단위입니다. 변환 계수는 암페어와 CGS 전자기 단위의 정의에서 비롯됩니다.

국제 표준(IEC, FDA)은 의료 영상에 테슬라를 요구합니다. 이는 혼동(1.5 T 대 15,000 G)을 피하고 SI 단위와 일치시킵니다. MRI 안전 구역은 테슬라로 정의됩니다(0.5 mT, 3 mT 지침).

>1 T의 정자기장은 심박 조율기를 방해하고 강자성 물체를 끌어당길 수 있습니다(발사체 위험). 시간에 따라 변하는 자기장은 전류를 유도할 수 있습니다(신경 자극). MRI 안전 프로토콜은 노출을 엄격하게 통제합니다. 지구 자기장 및 일반적인 자석(<0.01 T)은 안전한 것으로 간주됩니다.