자기력이 발생하는이유가 뭘까? 특수상대성이론으로 알아보자!

 

특수상대성이론

특수상대성이론은 움직이는 입자를 정지한 관측자가 볼때 정지한 관측계에서의 시간이 늘어나는 현상이다. 

또한 속력이 굉장히 빠른(거의 빛의속도로) 움직이는 입자는 정지한 관측계에서 측정한 고유길이보다 더 짧게 수축되어지는 길이수축이 일어난다. 이 길이수축은 움직이는 입자 입자에서 측정할때 길이이다.

 

관측자는 무조건 생명체일 필요는 없다. 여기서 쓸내용은 두 도선에 대한 내용인데 실제로 여기서 입자에 대한 기준이 설정되어지고 그 기준에 따라 특수상대성이론이 적용되어 자기력이 무엇인지 나와있다

 

                                                                    Ⅰ

------------------------------------------------------------

○            ○           ○            ○
        ●         ●           ●             ●

------------------------------------------------------------

 

                                                                    Ⅱ

------------------------------------------------------------

○            ○           ○            ○
        ●         ●           ●             ●

------------------------------------------------------------

 ● : 양전하        ○ : 음전하  

같은간격으로 분포된 같은수의 양전하 음전하 이다. 그림으로는 같은간격이 아니지만 같은간격이라고 하자.

당연히 전하들이 정지되있고 같은 음전하 양전하를 가지기 때문에 전기적으로 중성이다. 따라서 전기적인 힘이 작용하지 않는다. 

그럼 이 두 도선에서 전류가 흘렀을때를 보자 

 

                                                                    Ⅰ

------------------------------------------------------------

 <- ○))            ○))           ○))            ○))
              ((●          ((●           ((●            ((● ->v

------------------------------------------------------------

 

                                                                    Ⅱ

------------------------------------------------------------

 <- ○))            ○))           ○))            ○))
              ((●          ((●           ((●            ((● ->v

------------------------------------------------------------

 

두 도선안에 있는 전하가 같은 방향으로 v속도로 움직인다. 

음전하는 왼쪽으로 양전하는 오른쪽으로 움직인다. (실제론 음전하만 움직이나 음전하가 움직이면 저절로 양전하가 움직이게 되는것이므로 경우가 같다)

 

전하가 움직이므로 간격은 $$\sqrt{1-v^2/c^2}$$ 

만큼 좁아진다. 

 

 

여기서 주목해야될점은 기준계이다.  기준계가 무엇이냐에 따라서 상대적인 속도가 달라지기 때문이다. 

도체Ⅰ의 음전하 기준계에서 도체Ⅱ를 보자 그러면 도체Ⅱ의 음전하는 정지해 있다. 왜냐면 둘이 같은 방향 같은속도로 움직이기 때문이다.  하지만 도체Ⅰ의 음전하 기준계에서 도체Ⅱ의 양전하를 본다면 양전하는 2v의 속도로 움직일것이다. 왜냐면 둘다 v속도로 움직이고 있는데 방향은 정반대이기 때문이다. 따라서 외부 제3자가 볼때보다도 더 상대적인 속도가 v만큼 더 빠르기 때문에 도체Ⅰ의 음전하 기준계입장에서는 더욱더 간격이 좁아질것이다. 

 

그러므로 도체Ⅱ는 전체적으로 양전하를 띄게 되고 (간격이 더욱더 좁아지니까) 따라서 도체Ⅰ의 음전하의 대해서 인력이 작용하게 될것이다. 

 

                                                                    Ⅰ

------------------------------------------------------------

                                ○(인력이 적용됨)        

------------------------------------------------------------

 

                               

 

                                                                    Ⅱ

------------------------------------------------------------

                         ○          
        ●   ●       ●     ●    ●  ●    ●    ● ● ->2v

------------------------------------------------------------

(같은간격이다 그림못그려서 정말 미안합니다...)

 

같은논리로 도체Ⅰ의 양전하 기준계에서 볼때 도체Ⅱ의 양전하는 정지해 있고 도체Ⅱ의 음전하는 2v로 움직이고 있기 때문에 도체Ⅱ의 음전하는 외부에 정지해있는 제3자입장에서 볼때보다도 더 간격이 줄어들것이다. 그러면 인력이 작용

되서 위와 같은 그림이 될것이다. 물론 색은 반대가 될것이다. 

 

또한 같은논리로 도체Ⅱ에서도 도체Ⅰ의 인력을 받게 될것이다. 

도체 내부안에 있는 전하 입장에서는 특수상대성이론으로 인하여 간격이 좁아지기 때문에 그에 대한 전기적인 인력이 작용되는것이지만 외부에 있는 제3자 입장에서는 둘의 간격은 동일하다. 그런데 인력이 작용된다. 

 

외부에 있는 제3자 입장에서 그 인력이 바로 자기력이라고 불리우는것이다.