전기와 자기
전하와 전류
전기는 정지된 전하와 이동하는 전하, 즉 전류로 나뉩니다. 전하는 양전하와 음전하로 구분되며, 같은 전하끼리는 서로 밀고, 반대 전하는 서로 끌어당깁니다. 전류는 이러한 전하가 도선이나 회로를 따라 이동하면서 흐르는 것이며, 전압이라는 전기적 압력에 의해 만들어집니다. 전류의 방향은 역사적으로 양전하가 이동하는 방향으로 정의되어 있지만, 실제로는 음전하인 전자가 이동합니다.
자기장과 자기력
전류가 흐르면 자기장이 발생하며, 자기장은 공간의 한 점에서 나침반 바늘이 가리키는 방향으로 정의됩니다. 자기력은 전류가 흐르는 도선이나 자성체가 주변 자기장에 의해 받는 힘을 의미하며, 전류와 자기장 사이의 각도에 따라 힘의 크기와 방향이 달라집니다. 이러한 자기현상은 전동기, 발전기, MRI 등 다양한 기술에서 응용됩니다.
전자기 유도
전자기 유도는 변화하는 자기장이 전기장을 만들어내는 현상입니다. 마이클 패러데이의 실험을 통해 처음 관측되었고, 이 원리는 발전기의 핵심이 됩니다. 즉, 코일을 자석 근처에서 움직이거나 자석을 코일 근처에서 움직이면 전류가 유도되며, 이로써 전기에너지를 생성할 수 있습니다. 전자기 유도는 전자레인지, 무선 충전 기술 등에도 활용됩니다.
전자기파
전자기파는 전기장과 자기장이 서로 직각 방향으로 진동하며 전파되는 파동입니다. 이는 진공 중에서도 전파될 수 있는 유일한 파동으로, 빛, X선, 자외선, 전파 등이 모두 전자기파의 일종입니다. 전자기파는 정보통신(무선, Wi-Fi), 의료영상, 우주탐사, 조명 기술 등 현대 기술의 핵심 기반입니다.
전기와 자기의 통합 이론
전기와 자기는 서로 다른 개념이었지만, 제임스 클러크 맥스웰에 의해 하나의 통합된 전자기 이론으로 설명되었습니다. 맥스웰 방정식은 전기장과 자기장이 어떻게 생성되고 상호작용하는지 수학적으로 표현합니다. 이 이론은 현대 물리학의 기초이며, 전자공학, 통신, 양자역학 등의 기초가 됩니다.