물리 · 로런츠 힘

자기장 속 입자의 운동

전하 부호와 자기장 방향을 바꾸며 입자가 휘는 방향을 추리해 보세요.

자기장 속 입자의 운동 개념 그림

시뮬레이션은 브라우저에서 실행됩니다. 실험 조건을 바꾸기 전에 학습 목표와 탐구 질문을 살펴보세요.

이 실험에서 알아볼 내용

자기력이 속도에 수직으로 작용한다는 점과, 전하·자기장 방향에 따른 궤도의 변화를 연결하세요.

교과와 단원

2022 개정 전자기와 양자 · 전자기적 상호작용. 자기장에 수직으로 움직이는 대전 입자의 힘과 궤도로 로런츠 힘의 조건과 방향을 탐구합니다. 전기장 성분과 실제 가속기 전체는 다루지 않습니다.

연계 성취기준: 12전자01-04

탐구 질문과 해설

1. 전하 부호만 바꾸면 궤도 반지름과 회전 방향은 어떻게 될까요?

질량·속력·전하량의 크기가 같다면 반지름은 같고 회전 방향만 바뀝니다. 자기장 방향까지 함께 바꾸면 처음과 같은 회전 방향이 됩니다.

2. 자기장을 더 강하게 하면 입자의 운동 에너지도 커질까요?

이 모형의 자기력은 항상 속도에 수직이어서 일을 하지 않습니다. 속력과 운동 에너지는 유지되고 궤도 반지름만 작아집니다. 자기장을 0으로 바꾸면 힘이 사라져 직선 운동합니다.

모형의 가정과 실제 현상과의 차이

전기장이 없는 균일한 자기장에 수직으로 움직이는 비상대론적 모형 입자를 다룹니다. 질량은 1.67×10⁻²⁷ kg, 전하량의 크기는 기본 전하 e로 고정하고 부호만 선택합니다. 양성자와 전자를 같은 질량으로 비교하는 실험이 아닙니다. 자기력의 크기는 |q|vB, 원궤도 반지름은 mv/(|q|B), 주기는 2πm/(|q|B)입니다. 자기장은 화면 안쪽 또는 바깥쪽을 향합니다. 각 원궤도의 한 주기를 화면 8초로 늘려 보여 주므로 서로 다른 조건의 화면 회전 속력을 실제 주기로 비교하지 않습니다. 자기장이 0인 직선 운동도 모든 양의 속력에서 같은 화면 경로를 8초로 정규화해 보여 줍니다. 따라서 화면 이동 속도 대신 표시된 속력 수치로 비교합니다. 속력이 0이면 정지를 보여 줍니다. 원운동은 원의 중심에 맞춘 보기이며, 입자와 화살표는 개념 표시입니다. 충돌·복사 손실·중력·자기장의 경계 효과와 나선 운동은 생략합니다.

참고 자료

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  1. 01

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  2. 02

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  3. 03

    관찰하고 다시 실험해요

    화면, 수치, 그래프를 비교해 보세요. 초기화를 누르면 처음 조건으로 돌아갑니다.

선생님을 위한 작은 팁

학생에게 결과를 예상하게 한 뒤, 한 가지 변수만 바꾸어 비교하도록 안내해 주세요. 각 실험 아래에서 모형의 가정과 참고 자료를 확인할 수 있습니다.

사이트 안에서는 별도 계정을 만들지 않아요. 실험 조건과 결과는 브라우저에서 계산합니다. 데이터 처리에 관한 자세한 내용은 개인정보 안내에서 확인할 수 있어요. 키보드의 Tab 키로 이동하고 방향키로 슬라이더를 조절할 수 있어요.