전자기학에서의 에너지(Energy in Electromagnetics)

[경고] 아래 글을 읽지 않고 "전자기학 에너지"를 보면 바보로 느껴질 수 있습니다.

1. 전기장

2. 자기장

3. 저항

4. 커패시터

5. 인덕터
6. 전기장의 에너지
7. 자기장의 에너지

전기장의 에너지(electric energy)와 자기장의 에너지(magnetic energy)에서 전자기장 에너지의 특성을 이미 유도했지만, 좀더 이해를 높이기 위해 전기(electricity)와 자기(magnetism)를 동시에 고려한 에너지(energy)를 구해보자.

                       (1)

여기서 $q_s$는 움직이지 않는 전하(static electric charge), $q_m$은 움직이는 전하(moving electric charge), $V_e$는 전기장(electric field)이 만드는 전압(voltage), $V_m$은 기전력(electromotive force)과 관련된 전압이다. 식 (1)에서 $q_s \cdot  dV_m$ = 0이다. 왜냐하면 $q_s \ne 0$이면 전하(electric charge)가 공간 어딘가에 축적되므로 전류(electric current)를 흘리지 않는다. 그래서 전류가 흐르지 않으면 자속(magnetic flux)이 없고 자속이 없으면 기전력은 생기지 않는다. 최종적으로 전력(power) 정의에 따라 아래 관계식이 성립한다.

                       (2)

따라서 전력을 제어하는 소자는 우리가 회로 이론 시간에 배우는 저항(resistor), 커패시터(capacitor), 인덕터(inductor)만 가능하다. 즉, 저항, 커패시터, 인덕터만으로 모든 전기와 자기 현상을 충분히 잘 기술할 수 있다.[혹은 다른 소자를 정의할 필요가 없다.]