전자기장

3. 수학적 기술

전자기장은 3차원 벡터장인 전기장('''E''')과 자기장('''B''')으로 표현된다. 이들은 공간과 시간의 함수로 나타낼 수 있으며, , 와 같이 표기한다.^[2]

만약 전기장만 존재하고 시간에 따라 변하지 않으면 정전기장, 자기장만 존재하고 시간에 따라 변하지 않으면 정자기장이라고 한다. 그러나 둘 중 하나라도 시간에 따라 변하면 맥스웰 방정식을 사용하여 두 장을 모두 결합된 전자기장으로 고려해야 한다.^[2]

특수 상대성 이론의 등장으로 물리 법칙은 텐서의 형식으로 표현되기 시작했다. 맥스웰 방정식도 텐서 형태로 쓸 수 있으며, 이는 물리학자들이 물리 법칙을 표현하는 더 우아한 방법으로 간주한다.^[2]

전기장과 자기장의 거동은 맥스웰 방정식으로 기술된다. 벡터장 형식에서 맥스웰 방정식은 다음과 같다.^[2]

; 가우스 법칙 : $\backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{E\}\; =\; \backslash frac\{\backslash rho\}\{\backslash varepsilon\_0\}$

; 자기장에 대한 가우스 법칙 : $\backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{B\}\; =\; 0$

; 패러데이 법칙 : $\backslash nabla\; \backslash times\; \backslash mathbf\{E\}\; =\; -\backslash frac\; \{\backslash partial\; \backslash mathbf\{B\}\}\{\backslash partial\; t\}$

; 앙페르-맥스웰 법칙 : $\backslash nabla\; \backslash times\; \backslash mathbf\{B\}\; =\; \backslash mu\_0\; \backslash mathbf\{J\}\; +\; \backslash mu\_0\backslash varepsilon\_0\; \backslash frac\{\backslash partial\; \backslash mathbf\{E\}\}\{\backslash partial\; t\}$

여기서 $\backslash rho$는 전하 밀도, $\backslash varepsilon\_0$는 진공 유전율, $\backslash mu\_0$는 진공 투자율, 는 전류 밀도 벡터이다. 선형 물질 내부에서는 맥스웰 방정식이 변하며, 전자기장에 대해 더 복잡한 반응을 보이는 물질에서는 복소수 또는 텐서로 표현되기도 한다.^[2]

로렌츠 힘 법칙은 전자기장과 대전된 물질의 상호 작용을 기술한다.^[2]

정전기학과 정자기학은 전하가 움직이지 않는 상황에서의 전자기 현상을 다룬다. 이 경우 맥스웰 방정식은 다음과 같이 단순화된다.^[2]

• 정전기학:

• 정자기학:

4. 전자기장의 성질

전자기장은 자체로 에너지와 운동량을 가진다. 에너지 밀도($u$)와 운동량 밀도($\backslash mathbf\{p\}$)는 다음과 같이 주어진다.^[3][4]

:$u\; =\; \backslash frac\{\; \backslash varepsilon\_0\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{B\}^2$

:$\backslash mathbf\{p\}\; =\; c^2\; \backslash mathbf\{S\}\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash mathbf\{S\}\; =\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash times\; \backslash mathbf\{B\}$

여기서 $\backslash mathbf\{S\}$는 포인팅 벡터이다.

에너지 보존 법칙은 다음 연속 방정식으로 표현된다.

:$\backslash frac\{\; \backslash partial\; u\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{S\}\; =\; 0\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash frac\{\; \backslash partial\; \backslash mathbf\{p\}\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash sigma\; =\; 0$

여기서 포인팅 벡터는 전자기장의 운동량 밀도와 에너지 유속 밀도를 나타내며, $\backslash sigma$는 맥스웰의 응력 텐서이다.^[5]

:$\backslash sigma\_\{i\; j\}\; =\; \backslash varepsilon\_0\; \backslash left(\; -\; E\_i\; E\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; \backslash right)\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash left(\; -\; B\_i\; B\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{B\}^2\; \backslash right)$

전하가 전하 밀도 ρ로 분포하는 경우와 전류가 전류 밀도 '''j'''로 분포하는 경우, 다음과 같은 에너지를 저장할 수 있다.

• 전하 분포의 경우

d^3 r d^3 r'

• 전류 분포의 경우

:$U\_m\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{A\}(\backslash mathbf\{r\})d^3\; r$ 또는 $U\_m\; =\; \backslash frac\{\backslash mu\_0\}\{8\; \backslash pi\}\; \backslash int\; \backslash frac\{\backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\}\text{'})\}$

d^3 r d^3 r'

이것들을 장소의 양으로 나타내면 다음과 같이 정리할 수 있다.

:$U\_e\; =\; \backslash frac\{\backslash varepsilon\_0\}\{2\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{E\}^2d^3\; r$

:$U\_m\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\backslash mu\_0\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{B\}^2d^3\; r$

에너지 밀도는 다음과 같이 정의되는 물리량이다.

:$u\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}(\backslash mathbf\{E\}\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{D\}\; +\; \backslash mathbf\{B\}\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{H\})$

::$=\; \backslash frac\{1\}\{2\}\backslash left(\backslash varepsilon\; \backslash mathbf\{E\}^2\; +\; \backslash frac\{1\}\{\backslash mu\}\; \backslash mathbf\{B\}^2\; \backslash right)$

전자기장이 외부에 일을 하지 않는 경우, 에너지 밀도는 다음의 연속 방정식을 만족한다.

:$\backslash frac\{\backslash partial\; u\}\{\backslash partial\; t\}\; +\; \backslash mathrm\{div\}\backslash mathbf\{S\}\; =\; 0$

여기서, S는 포인팅 벡터이며, 전자기장 에너지의 흐름을 나타내고, 이 식은 전자기장의 에너지가 보존됨을 나타낸다.

맥스웰 방정식을 이용하면 파동 방정식을 유도할 수 있는데, 이 방정식의 해는 전자기파 형태를 띤다. 전하나 전류가 없는 공간(자유 공간)에서 전기장과 자기장은 다음의 전자기파 방정식을 만족한다.

:$\backslash left(\; \backslash nabla^2\; -\; \{\; 1\; \backslash over\; \{c\}^2\; \}\; \{\backslash partial^2\; \backslash over\; \backslash partial\; t^2\}\; \backslash right)\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash \; \backslash \; =\; \backslash \; \backslash \; 0$

:$\backslash left(\; \backslash nabla^2\; -\; \{\; 1\; \backslash over\; \{c\}^2\; \}\; \{\backslash partial^2\; \backslash over\; \backslash partial\; t^2\}\; \backslash right)\; \backslash mathbf\{B\}\; \backslash \; \backslash \; =\; \backslash \; \backslash \; 0$

제임스 클러크 맥스웰은 앙페르의 법칙에 변위 전류 항을 추가하여 맥스웰 방정식을 완성함으로써 전기, 자기, 빛에 대한 물리적 이해를 통합했다. 가시광선은 전자기파의 전체 스펙트럼인 전자기 스펙트럼의 일부일 뿐이다.

물리적으로 전류와 전하에 가까운 변화하는 전자기장("가까움"에 대한 정의는 근거리장과 원거리장 참조)은 변화하는 전기 쌍극자 또는 변화하는 자기 쌍극자 중 하나가 지배하는 쌍극자 특성을 갖는다. 이러한 유형의 쌍극자 장을 전자기 ''근거리장''이라고 한다.

변화하는 전기 쌍극자 장은 주로 유전가열의 원천으로 근거리장에서 상업적으로 사용된다. 또한, 전자기파(EMR)를 흡수하는 도체 주위와 더 먼 거리에서 전자기파를 생성하는 안테나 주위에 기생적으로 나타난다.

변화하는 자기 쌍극자 장(즉, 자기 근거리장)은 여러 종류의 자기 유도 장치에 상업적으로 사용된다. 여기에는 저주파의 모터와 전기 변압기, 그리고 고주파의 RFID 태그, 금속 탐지기, MRI 스캐너 코일 등이 있다.

4. 1. 전기장과 자기장의 관계

물리적 효과가 전기장 때문인지 자기장 때문인지는 관측자에 따라 달라지는데, 특수 상대성 이론이 수학적으로 명확하게 설명한다. 예를 들어 전류가 흐르는 긴 직선 전선이 있고, 실험실이 정지해 있는 기준틀에서 전선은 정지해 있고 전기적으로 중성이라고 가정해 보자. 음전하를 띤 전자로 구성된 전류는 양전하를 띤 이온의 배경에 대해 움직이며, 양전하와 음전하의 밀도는 서로 상쇄되어 전선 근처의 시험 전하는 전선으로부터 전기력을 느끼지 않는다. 그러나 시험 전하가 전류와 평행하게 움직인다면 상황이 달라진다. 시험 전하의 정지 기준틀에서 전선의 양전하와 음전하는 다른 속도로 움직이므로, 양전하와 음전하 분포는 로렌츠 수축이 다르게 나타난다. 결과적으로 전선은 0이 아닌 순 전하 밀도를 가지며, 시험 전하는 0이 아닌 전기장을 경험하고 따라서 0이 아닌 힘을 받아야 한다. 실험실의 정지 기준틀에서는 시험 전하가 전선 쪽으로 끌려가거나 밀려나는 것을 설명할 전기장이 없다. 따라서 실험실 정지 기준틀의 관측자는 자기장이 존재해야 한다고 결론짓는다.^[2]

일반적으로 한 관측자가 전기장만을 사용하여 설명하는 상황은 다른 관성 기준틀의 관측자는 전기장과 자기장의 조합을 사용하여 설명한다. 마찬가지로, 한 관측자가 자기장만을 사용하여 설명하는 현상은 상대적으로 움직이는 기준틀에서는 전기장과 자기장의 조합으로 설명된다. 서로 다른 기준틀에서 필요한 장을 관련짓는 규칙은 장의 로렌츠 변환이다.^[2]

따라서 정전기학과 정자기학은 특정 기준틀이 선택되어 다른 유형의 장을 억제할 때 정적 전자기장에 대한 연구로 간주되며, 전기장과 자기장 모두를 가진 전자기장은 다른 기준틀에서 나타나므로 이러한 "더 간단한" 효과는 단순히 다른 측정 기준틀의 결과일 뿐이다. 두 장의 변화가 관측자의 운동을 변경하기만 해도 재현될 수 있다는 사실은 단 하나의 실제 장이 관여하며 단지 다르게 관측될 뿐이라는 추가적인 증거이다.

패러데이 법칙과 앙페르-맥스웰 법칙은 전자기장의 매우 실용적인 특징을 보여준다. 패러데이 법칙은 대략 "루프 내부의 변화하는 자기장이 루프 주위에 전압을 생성한다"고 말할 수 있다. 이것은 발전기의 원리이다. 앙페르 법칙은 대략 "루프 주위의 전류가 루프를 통과하는 자기장을 생성한다"고 말한다. 따라서 이 법칙은 자기장을 생성하고 전동기를 작동하는 데 적용될 수 있다.

전기장과 자기장은 로렌츠 변환에 의해 서로 변환된다. 좌표계 O에서 전기장 $\backslash mathbf\{E\}$, 자기장(자속밀도) $\backslash mathbf\{B\}$가 존재할 때, x축 방향으로 속도 v로 운동하는 좌표계 O'에서는 다음과 같은 전자기장 $\backslash mathbf\{E\}\text{'}$, $\backslash mathbf\{B\}\text{'}$로 관측된다.^[2]

:$E\text{'}\_x\; =\; E\_x,\; \backslash \; \backslash \; E\text{'}\_y\; =\; \backslash frac\{\; E\_y\; -\; v\; B\_z\; \}\{\; \backslash sqrt\{\; 1\; -\; v^2/c^2\; \}\; \}\; ,\; \backslash \; \backslash \; E\text{'}\_z\; =\; \backslash frac\{\; E\_z\; +\; v\; B\_y\; \}\{\; \backslash sqrt\{\; 1\; -\; v^2/c^2\; \}\; \}$

:$B\text{'}\_x\; =\; B\_x,\; \backslash \; \backslash \; B\text{'}\_y\; =\; \backslash frac\{\; B\_y\; +\; v\; c^\{-2\}\; E\_z\; \}\{\; \backslash sqrt\{\; 1\; -\; v^2/c^2\; \}\; \}\; ,\; \backslash \; \backslash \; B\text{'}\_z\; =\; \backslash frac\{\; B\_z\; -\; v\; c^\{-2\}\; E\_y\; \}\{\; \backslash sqrt\{\; 1\; -\; v^2/c^2\; \}\; \}$

특히 $v\; /\; c\; \backslash ll\; 1$일 때, 이러한 등식은 다음 공식으로 귀착된다.

:$\backslash mathbf\{E\}\text{'}\; =\; \backslash mathbf\{E\}\; -\; \backslash mathbf\{B\}\; \backslash times\; \backslash mathbf\{v\}\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash mathbf\{B\}\text{'}\; =\; \backslash mathbf\{B\}\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; c^2\; \}\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash times\; \backslash mathbf\{v\}$

또한, $\backslash mathbf\{E\}^2\; -\; c^2\; \backslash mathbf\{B\}^2$와 $\backslash mathbf\{E\}\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{B\}$라는 두 개의 스칼라량은 로렌츠 불변량이다. 전기장과 자기장은 전자기 텐서라는 단일 반대칭 텐서로 통합적으로 다룰 수 있다.

4. 2. 전자기장의 에너지

전자기장은 자체로 에너지와 운동량을 지니며, 그 밀도는 다음과 같이 주어진다.^[3][4]

• 에너지 밀도: $u\; =\; \backslash frac\{\; \backslash varepsilon\_0\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{B\}^2$
• 운동량 밀도: $\backslash mathbf\{p\}\; =\; c^2\; \backslash mathbf\{S\}\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash mathbf\{S\}\; =\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash times\; \backslash mathbf\{B\}$

여기서 $\backslash mathbf\{S\}$는 포인팅 벡터이다.

전자기장의 에너지 보존 법칙은 다음과 같은 연속 방정식으로 표현된다.

:$\backslash frac\{\; \backslash partial\; u\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{S\}\; =\; 0\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash frac\{\; \backslash partial\; \backslash mathbf\{p\}\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash sigma\; =\; 0$

이 식에서 포인팅 벡터는 전자기장의 운동량 밀도와 에너지 유속 밀도를 나타낸다. 또한 $\backslash sigma$는 맥스웰의 응력 텐서이다.^[5]

:$\backslash sigma\_\{i\; j\}\; =\; \backslash varepsilon\_0\; \backslash left(\; -\; E\_i\; E\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; \backslash right)\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash left(\; -\; B\_i\; B\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{B\}^2\; \backslash right)$

전하가 전하 밀도 ρ로 분포하는 경우와 전류가 전류 밀도 '''j'''로 분포하는 경우, 다음과 같은 에너지를 저장할 수 있다.

• 전하 분포의 경우

:$U\_e\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}\; \backslash int\; \backslash rho(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash phi(\backslash mathbf\{r\})d^3\; r$

또는

:$U\_e\; =\; \backslash frac\{1\}\{8\; \backslash pi\; \backslash varepsilon\_0\}\; \backslash int\; \backslash frac\{\backslash rho(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash rho(\backslash mathbf\{r\}\text{'})\}$

d^3 r d^3 r'

• 전류 분포의 경우

:$U\_m\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{A\}(\backslash mathbf\{r\})d^3\; r$

또는

:$U\_m\; =\; \backslash frac\{\backslash mu\_0\}\{8\; \backslash pi\}\; \backslash int\; \backslash frac\{\backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\})\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{j\}(\backslash mathbf\{r\}\text{'})\}$

d^3 r d^3 r'

이것들을 장소의 양으로 나타내면 다음과 같이 정리할 수 있다.

:$U\_e\; =\; \backslash frac\{\backslash varepsilon\_0\}\{2\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{E\}^2d^3\; r$

:$U\_m\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\backslash mu\_0\}\; \backslash int\; \backslash mathbf\{B\}^2d^3\; r$

에너지 밀도는 다음과 같이 정의되는 물리량이다.

:$u\; =\; \backslash frac\{1\}\{2\}(\backslash mathbf\{E\}\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{D\}\; +\; \backslash mathbf\{B\}\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{H\})$

::$=\; \backslash frac\{1\}\{2\}\backslash left(\backslash varepsilon\; \backslash mathbf\{E\}^2\; +\; \backslash frac\{1\}\{\backslash mu\}\; \backslash mathbf\{B\}^2\; \backslash right)$

전자기장이 외부에 일을 하지 않는 경우, 에너지 밀도는 다음의 연속 방정식을 만족한다.

:$\backslash frac\{\backslash partial\; u\}\{\backslash partial\; t\}\; +\; \backslash mathrm\{div\}\backslash mathbf\{S\}\; =\; 0$

여기서, S는 포인팅 벡터이며, 전자기장 에너지의 흐름을 나타내고, 이 식은 전자기장의 에너지가 보존됨을 나타낸다.

4. 3. 전자기장의 운동량

전자기장은 그 자체로 에너지와 운동량을 지닌다. 에너지 밀도 $u$와 운동량 밀도 $\backslash mathbf\{p\}$는 다음 식으로 주어진다.^[3][4]

:$u\; =\; \backslash frac\{\; \backslash varepsilon\_0\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{B\}^2$

:$\backslash mathbf\{p\}\; =\; c^2\; \backslash mathbf\{S\}\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash mathbf\{S\}\; =\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash times\; \backslash mathbf\{B\}$

여기서 $\backslash mathbf\{S\}$는 포인팅 벡터이다. 그 보존 법칙으로 다음과 같은 연속 방정식이 성립한다.

:$\backslash frac\{\; \backslash partial\; u\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash mathbf\{S\}\; =\; 0\; ,\; \backslash \; \backslash \; \backslash frac\{\; \backslash partial\; \backslash mathbf\{p\}\; \}\{\; \backslash partial\; t\; \}\; +\; \backslash nabla\; \backslash cdot\; \backslash sigma\; =\; 0$

따라서 포인팅 벡터는 전자기장의 운동량 밀도를 나타내는 동시에 전자기장의 에너지 유속 밀도를 나타낸다. 또한 $\backslash sigma$는 맥스웰의 응력 텐서이다.^[5]

:$\backslash sigma\_\{i\; j\}\; =\; \backslash varepsilon\_0\; \backslash left(\; -\; E\_i\; E\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{E\}^2\; \backslash right)\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; \backslash mu\_0\; \}\; \backslash left(\; -\; B\_i\; B\_j\; +\; \backslash frac\{\; 1\; \}\{\; 2\; \}\; \backslash delta\_\{i\; j\}\; \backslash mathbf\{B\}^2\; \backslash right)$

4. 4. 전자기파

맥스웰 방정식을 이용하여 파동 방정식을 유도할 수 있다. 이 방정식의 해는 전자기파의 형태를 띤다. 전하나 전류가 없는 공간(즉, 자유 공간)에서 전기장과 자기장은 다음과 같은 전자기파 방정식을 만족한다.

:$\backslash left(\; \backslash nabla^2\; -\; \{\; 1\; \backslash over\; \{c\}^2\; \}\; \{\backslash partial^2\; \backslash over\; \backslash partial\; t^2\}\; \backslash right)\; \backslash mathbf\{E\}\; \backslash \; \backslash \; =\; \backslash \; \backslash \; 0$

:$\backslash left(\; \backslash nabla^2\; -\; \{\; 1\; \backslash over\; \{c\}^2\; \}\; \{\backslash partial^2\; \backslash over\; \backslash partial\; t^2\}\; \backslash right)\; \backslash mathbf\{B\}\; \backslash \; \backslash \; =\; \backslash \; \backslash \; 0$

제임스 클러크 맥스웰은 앙페르의 법칙에 변위 전류 항을 추가하여 맥스웰 방정식을 완성함으로써 이러한 관계를 처음으로 얻었다. 이는 전기, 자기, 빛에 대한 물리적 이해를 통합한 것으로, 가시광선은 전자기파의 전체 스펙트럼인 전자기 스펙트럼의 일부에 불과하다.

4. 5. 근거리장과 원거리장

물리적으로 전류와 전하에 가까운 변화하는 전자기장("가까움"에 대한 정의는 근거리장과 원거리장 참조)은 변화하는 전기 쌍극자 또는 변화하는 자기 쌍극자 중 하나가 지배하는 쌍극자 특성을 갖게 된다. 전원 근처의 이러한 유형의 쌍극자 장을 전자기 ''근거리장''이라고 한다.

이러한 변화하는 전기 쌍극자 장은 주로 유전가열의 원천으로 근거리장으로 상업적으로 사용된다. 그렇지 않으면, 전자기파(EMR)를 흡수하는 도체 주위와 더 먼 거리에서 전자기파를 생성하는 것을 목적으로 하는 안테나 주위에 기생적으로 나타난다.

변화하는 자기 쌍극자 장(즉, 자기 근거리장)은 많은 유형의 자기 유도 장치에 상업적으로 사용된다. 여기에는 저주파의 모터와 전기 변압기, 그리고 고주파의 RFID 태그, 금속 탐지기, MRI 스캐너 코일과 같은 장치가 포함된다.

5. 양자화된 전자기장

고전 전자기학에서는 전자기장을 연속적인 물리량으로 취급하지만, 양자 역학에서는 전자기장이 양자화되어 있다. 전자기장의 양자화는 광자(photon)라는 입자의 개념으로 설명된다. 광자는 전자기 상호작용을 매개하는 입자로, 에너지와 운동량을 가진다. 양자전기역학(QED)은 전자기장의 양자화된 이론으로, 전자기 상호작용을 매우 정밀하게 기술한다.

6. 전자기장과 건강

전자기장이 인체 건강에 미치는 영향은 주파수, 세기, 노출 시간에 따라 크게 달라진다. 저주파, 저강도, 단시간 노출은 일반적으로 안전한 것으로 간주된다.^[1] 반면, 전자기 스펙트럼의 다른 부분, 예를 들어 자외선, 감마선과 같은 방사선은 특정 상황에서 상당한 해를 끼치는 것으로 알려져 있다.

참조

_[1] 웹사이트 電波防護指針 https://www.tele.sou[...] 総務省 2019-11-24
_[2] 서적 場の古典論 東京図書 1978-10-30
_[3] 서적 場の古典論 東京図書 1978-10-30
_[4] 서적 Introduction to Electrodynamics Pearson
_[5] 문서 Griffiths ではマクスウェルの応力テンソルを反対の符号に定義しているが、ここではランダウ&リフシッツ「場の古典論」での定義に従った。

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