Re:전자기학 왜 이리 어려워...

[노이즈]

  이 식은 이론에 의해 도출된 식이 아니라 실험 결과를 수식으로 표현한 실험식(경험식)입니다.

  자석의 상호간에 대한 힘의 실험을 하면,
  두 자석간에 미치는 힘의 크기는
  두 자석 극간의 거리 제곱에 반비례하고,
  두 자석 각각의 자기적 물리량(m)에 비례한다
  는 것으로 실제 실험으로 얻을 수 있는 식입니다.

  만유인력이나 쿨롱의 법칙에서 얻는 경험식과 동일한 형태입니다.
 

  맥스웰이 전기현상과 자기현상이 동일한 원리에서 나오는 현상이라는 것을 밝히기 전까지,
  전기력에 대한 쿨롱의 법칙과
  자기력에 대한 문제의 법칙이 따로 존재한 것이죠.

지금은 자극(magnetic pole)의 단위가 [Nm/A]로 표현되져 있지만
처음 경험식을 만들 때는  자기적 특성[전하(electron)에 대비한 용어로 자하(magnon)]을 정하는 다른 단위(예를들어 M)가 있었을 것입니다. 
이 때 비례상수인 K도 자하의 단위를 갖는 실험적 상수[Nm^2/M^2]가 되죠.

전기력과 자기력을 묶는 맥스웰 방정식에 의해 이 실험식의 물리량과 상수는, 비교에 의하여 기존에 정의된 물리량으로 유도가 됩니다.
그래서 자하의 단위는 힘과, 거리와, 전류의 차원인 [Nm/A]로 유도되었고
상수 K도 이미 알려진 양으로 분해된 것이죠.

실제 실험에서
유리막대의 유도전기력 실험이나 자석의 자기력 실험은 겉보기로는 완벽하게 일치합니다. 
다만 힘의 종류만 다를 뿐이죠. 

눈에 보이지 않는 전기적 힘의 근원을 전하(한자 그대로 전기를 짊어지고 있는것)라고 한다면 눈에 보이지 않는 자기적 힘의 근원을 자하(자기를 짊어지고 있는 것)라는 개념을 넣어 설명하는데 무리가 없지요.

나중에 안 사실이지만 전기는 마이너스 전하와 플러스 전하를 분리할 수 있어 전하가 단독으로 존재할 수 있지만, 자기는 N과 S를 분리되지 않고 항상 쌍으로 존재한다는 차이점이 발견되었죠.  전기처럼 전하에 대응하는 분리된 자하를 찾기 위한 노력도 있었지만 성공적이지는 않은 것 같습니다.

쿨롱의 법칙은 맥스웰의 방정식으로 유도되는 것이 아니라 맥스웰 방정식의 구성식 자체입니다. 다만 필드의 개념을 통하여 공간의 필드와 포텐셜 형태로 겉모양을 바꾸고 있을 뿐이죠
따라서 쿨롱의 법칙을 맥스웰 방정식으로부터 유도한다고 할 수 없습니다.

이 자기력에 대한 식도 마찬가지이죠.  맥스웰 방정식에서 유도되는 식이 아닙니다. 전하 대신 자하라는 개념을 넣어 자기력을 기준으로 한 맥스웰 방정식 버전을 만들 수 있을 뿐이죠. 그러면 쿨롱의 법칙을 넣어 만든 전기적 유도식과 개념체계에 대응하는 자기적 유동식과 개념체계를 얻게 되지요.

이 의문을 접하면서 강조하고 싶은 것은 물리의 식에는 두 종류가 있다는 것입니다. 

하나는 이론적 모델을 가정하여 이론적으로 도출되는 이론식과, 실험 결과를 그대로 수식으로 표현하는 실험식이 있다는 것입니다. 

실험식은 실험을 통하여 얻어지며 일반성이 있을 때 종종 법칙으로 표현하기도 합니다. 그 메카니즘이 알려지기 전까지 그냥 발견자의 명명 또는 그의 이름을 따라 법칙으로 표현하지만, 알고 있는 자연에 대한 이론과 구성에 대한 모델로부터 이 실험식이 유도되면 비로소 그 원리를 파악하고 물리적 이해를 넗히는 계기가 됩니다.

위의 식은 맥스웰의 전자기 통합 이론이 만들어지기 전의 자기력에 대한 실험식입니다.

[노이즈]

(1) 법칙은 항상 측정의 정밀도의 함수가 됩니다. 정밀하게 측정하면 dipole의 계산식이 옳으며, 자석 디멘전(크기)보다 월등이 먼 거리에서 두 자석간의 힘은 거리의 네제곱에 반비례하게 될 것입니다. (2) 그러나 자력의 실험을 하면서 자선을 dipole이 될 정도로 멀리 놓고 실험하지는 않지요. 가급적 N극과 S극을 인

[노이즈]

접시키고 거리에 따른 힘을 측정할 것입니다. 이 때 반대편에 멀리 있는 극간의 힘은 거의 1차 근사로 거의 무시가 될 것입니다. 이렇게 측정한 실험에서 위의 실험식이 나오게 됩니다. 초기에는 전하처럼 자하를 갖는 물질 사이의 힘을로 보았기 때문에 dipole의 개념보다 monopole의 개념으로 접근한 것이죠.

[Er-M.P.]

노이즈님 답변 정말 감사합니다. 그렇게 되는거군요. 자세한 건 계산해 봐야겠지만 노이즈님의 설명을 믿어 의심치 않습니다.

[④물리]

실험에 의한 식이라고 한다면 분명히 이것은 자기홀극이 존재한다는 말로써 들리는데요.. 실험에 의한 식이였다면 분명히 지금쯤 자기 홀극은 실제로 존재하는 것이다 라고 말할수 있는 것이 아닌가요^^; 제가 생각을 잘못하고 있는 것인지;;

[노이즈]

수백년 전의 실험에 의한 결과이므로 "자석의 극이 분리되지 않는다."는 사실을 아직은 모르고 있을 때이죠. 그리고 자기적 현상이 전기적 현상과 같은 근원임을 알지 못할 때였겠죠. 과거에는 힘에 중력,전기력,자기력,핵력의 서로 독립적인 4종류가 있다고 생각했죠. 그 중 전기력과 자기력은 맥스웰에 의해 합쳐진거죠