전자기장 기호의 기원(Origin of Symbols for Electromagnetic Fields)

[경고] 아래 글을 읽지 않고 "전자기장 기호의 기원"을 보면 바보로 느껴질 수 있습니다.

1. 맥스웰 방정식

전자기학을 공부하는 사람들이 궁금해하는 전자기장 기호의 기원을 알아본다. 전자기학 분야에 내려오는 전설은 맥스웰James Clerk Maxwell(1831–1879)이 귀찮아서 그냥 알파벳 순서대로 전자기장 기호를 붙였다고 전한다. 성실한 맥스웰 교수가 진짜 알파벳 순으로 기호명을 설정했는지 알아보기 위해 맥스웰의 저서를 직접 찾아보았다[1].

[그림 1] 맥스웰이 제안한 전자기장 기호 표기법(출처: [1])

우리 예상과 다르게 전자기학 분야의 전설이 맞다. 맥스웰은 [그림 1]처럼 알파벳이 나오는 순서대로 전자기장 기호를 기계적으로 할당했기 때문이다. 맥스웰이 만든 [그림 1]의 기호를 현대적으로 쓰면 아래와 같다.

• $A$: 자기 벡터 포텐셜(magnetic vector potential)
• $B$: 자속 밀도(magnetic flux density)
• $D$: 전속 밀도(electric flux density)

 변위 전류(displacement current)와 관계되므로 D로 붙인다.

• $E$: 전기장(electric field)

 영어 이름 때문에 E로 붙인다.

• $F$: 힘(force)

 영어명을 유추해 F로 붙인다.

• $H$: 자기장(magnetic field)

맥스웰 입장에서는 새로운 기호 표기법을 고안하기가 쉽지 않았을 것이다. 맥스웰은 사원수(quaternion)를 사용했기 때문에, 각 벡터[그림 1의 가장 오른쪽 표기]마다 성분별 변수명을 각각 부여해야 했다. 즉, 이런 사원수 방식은 벡터의 성분마다 기호를 각각 할당해야 하므로, 다소 복잡하고 헷갈린다. 요즘은 사원수가 아닌 좌표계 기반 벡터를 사용하고 각 벡터의 성분은 아래첨자 $x$, $y$, $z$를 쓰기 때문에 더 쉽고 직관적이다.

전자기장과 회로 이론 분야에 쓰이는 기타 변수의 작명 이유는 아래와 같다.

• $C$: 전기 용량(capacitance)

영어 이름을 참고해 C로 붙인다.

• $c$: 빛의 속도(velocity of light)

라틴어(latin) 켈레리타스(celeritas, 민첩함, 속력)의 첫글자에 따라 c로 붙인다[2].

• $I$: 전류(electric current)

프랑스어 intensité de courant(전류의 세기, intensity of current)의 첫글자에 따라 I로 붙인다. 이 기호는 암페어André-Marie Ampère(1775–1836)가 최초로 사용했다.

• $L$: 인덕턴스(inductance)

렌츠의 법칙(Lentz's law)을 발견한 렌츠Emil Lenz(1804–1865)를 기려서 L로 붙인다.

• $M$: 자화도(magnetization)

영어 이름 때문에 M으로 붙인다.

• $M$: 상호 인덕턴스(mutual inductance)

영어 이름 때문에 M으로 붙인다. 자화도에도 동일한 기호 M을 쓰므로, 사용할 때 구별해서 써야 한다.

• $P$: 분극도(polarization)

영어 이름 때문에 P로 붙인다.

• $Q$: 전하량(electric charge)

원래 이름은 전기량(quantity of electricity)이다. 전기량의 첫글자에 따라 Q로 붙인다.

• $R$: 저항(resistance)

영어 이름 때문에  R로 붙인다.

[참고문헌]
[1] J. C. Maxwell, A Treatise on Electricity and Magnetism, vol. 1 and vol. 2, 1873.
[2] P. Gibbs, "Why is c the symbol for the speed of light?," The Original Usenet Physics FAQ, 1997.