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전자기 상호작용

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1. 개요

전자기 상호작용은 전하를 띤 입자들 사이에 작용하는 힘으로, 전기력과 자기력을 통합한 것이다. 같은 전하 사이에는 척력이, 다른 전하 사이에는 인력이 작용하며, 힘의 세기는 거리의 역제곱에 비례한다. 전자기력은 쿨롱의 법칙과 로렌츠 힘으로 설명되며, 광자가 매개하는 것으로 알려져 있다. 전자기력은 플레밍의 왼손 법칙과 같은 규칙으로 설명될 수 있으며, 전동기, 발전기, 변압기 등 다양한 기술에 응용된다. 또한, 전자기 상호작용과 약한 상호작용은 와인버그-살람 이론에 의해 통합되었다.

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전자기 상호작용
개요
상호작용기본 상호작용
작용 대상전하를 띤 입자
매개 입자광자
상대적 강도10^-2
범위무한대
상세 정보
전자기력전하를 띤 입자 사이에서 작용하는 힘
전기장과 자기장을 매개로 함
전자기 상호작용전하를 띤 입자 사이의 상호작용
전자기장을 통해 매개됨
관련 현상
전기
자기
전파
설명전자기력은 전하를 띤 입자 사이에서 작용하는 기본 상호작용 중 하나이며, 전기장과 자기장을 통해 매개된다. 이 힘은 원자, 분자, 물질의 구조를 결정하고, 화학 반응, 빛, 전기, 자기와 같은 다양한 현상을 설명하는 데 중요한 역할을 한다.
역사
초기 연구쿨롱의 법칙, 앙페르의 법칙 등
통합제임스 클러크 맥스웰에 의해 전기와 자기가 통합됨
양자전기역학20세기, 리처드 파인만, 줄리언 슈윙거, 도모나가 신이치로 등에 의해 완성
이론적 설명
고전 전자기학맥스웰 방정식
양자전기역학 (QED)양자장론의 일부
약전자기 이론표준 모형의 일부, 약력과의 통합 설명
특징
보존 법칙전하량 보존 법칙
게이지 불변성전자기장의 게이지 변환에 불변
응용
전기 및 전자 공학전기 회로
전자 장치
통신전파 통신
광통신
의학자기 공명 영상 (MRI)
방사선 치료

2. 전자기력의 정의 및 특징

전자기 상호작용에서 발생하는 힘을 '''전자기력'''이라고 하며, 전하에는 플러스와 마이너스가 있고, 같은 종류끼리는 서로 밀어내는 힘(척력), 다른 종류끼리는 서로 당기는 힘(인력)이 작용한다. 게이지 이론에 따르면, 상호작용을 매개하는 입자가 존재하며, 전자기 상호작용의 경우에는 광자가 매개한다. 전자기 상호작용을 매개하는 광자를 '''가상 광자'''라고 부르기도 한다.

전자기력은 전기력과 자기력을 이론적으로 동일한 것으로 통합한 것이다. 전자기력의 세기는 거리의 제곱에 반비례하며, 쿨롱의 법칙 (전기력)으로 정식화되어 있다.

3. 전자기력의 세기

도선에 작용하는 전자기력은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

: F = BIl \sin \theta (B: 자기장의 세기, I: 전류의 세기, l: 도선의 길이, \theta: 자기장과 전류가 이루는 각)

전자기력은 쿨롱의 법칙에 따라 거리의 역제곱에 비례하며, 거시적인 계에서는 전기력과 자기력으로 나타난다.

3. 1. 쿨롱의 법칙

정지해 있는 두 점전하 사이에 작용하는 전기력(쿨롱 힘)은 전하량의 곱에 비례하고, 거리의 제곱에 반비례한다. 이러한 전기력의 세기를 나타내는 법칙은 쿨롱의 법칙으로 정식화되어 있다.

3. 2. 로런츠 힘

움직이는 전하가 자기장 속에서 받는 힘을 로런츠 힘이라고 하며, 전기장과 자기장이 동시에 존재할 경우 전하가 받는 힘은 로런츠 힘과 전기력의 합으로 나타난다. 점입자에 작용하는 전자기력(로런츠 힘)은 다음과 같이 표현된다.

:F = qv \times B+qE (q: 입자의 전하, v: 입자의 속도, B: 자기장의 세기, E: 전기장의 세기)

4. 전자기 상호작용

전자기 상호작용에서 발생하는 힘을 '''전자기력'''이라고 하며, 전하에는 플러스와 마이너스가 있고 같은 것끼리는 척력, 다른 것끼리는 인력이 작용한다. 게이지장 이론에 따르면, 상호작용을 매개하는 입자가 존재하며, 전자기 상호작용의 경우에는 광자가 매개한다. 전자기 상호작용을 매개하는 광자를 '''가상 광자'''라고 부르기도 한다.

또한, 전자기 상호작용과 약한 상호작용1967년 와인버그살람에 의해 와인버그-살람 이론으로 통일되었다. 전자기 상호작용에 의한 힘은 거시적인 계에서는 전기력과 자기력으로 나타난다. 전자기력의 세기는 거리의 역제곱에 비례하며, 쿨롱의 법칙 (전기력)으로 정식화되어 있다.

전자기력은 전기력과 자기력을 이론적으로 동일한 것으로 통합한 것이다.

5. 전자기력과 약한 상호작용의 통일

1967년 와인버그살람은 전자기 상호작용과 약한 상호작용을 통합하는 이론(와인버그-살람 이론)을 제시했다.

6. 플레밍의 왼손 법칙

플레밍의 왼손 법칙은 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향을 설명하는 법칙이다.

7. 전자기력의 응용

전자기력은 우리 일상생활과 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 응용된다. 전동기, 발전기, 변압기 등 전기를 이용하는 대부분의 장치는 전자기력의 원리를 이용한다.



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