전자계

전자계(電子界, 電磁界, electromagnetic field)는 전계와 자계의 총칭이다. 정전계나 정자계 등의 특별한 경우를 제외하고 둘은 서로 동시에 존재하고, 맥스웰의 방정식에 의해 관계지워져 있다.

전하는 공간에 전계를 만들고, 이동하는 전하 즉 전류는 그 주위를 둘러싸는 자계를 만든다. 반대로 변화하는 자계에는 전계가 수반하는 것도 알려져 있다. 이와 같이 전계와 자계의 상호작용이 존재하는 공간 영역을 전자계 또는 전자장이라 한다. 전자계는 전계의 세기 E, 전속 밀도 D, 자계의 세기 H 및 자속 밀도 B의 네 벡터량에 의해 맥스웰의 전자 방정식으로서 정식화되어 있다.

개요

전자계는 전자파로도 분류되지만 주파수에 따라 그 성질이 크게 달라 송전선로나 가전제품의 저주파대역에서 발생하는 것을 전자계라고 한다.

전자계는 전자파처럼 상호 조합되지 않으며, 주파수가 60Hz로 극히 낮아서 멀리까지 전파되는 성질이 없고, 파장(5,000km)이 아주 길어서 에너지를 거의 갖고 있지 않으며, 거리가 멀어짐에 따라 전계와 자계가 급격히 감소한다. 60Hz 주파수가 공간에 전파되려면, 이론상 송전선로 길이가 5,000km이상 되어야 한다.

• 주파수 범위 : 0Hz ~ 300Hz
• 사용기기 : 청소기, 세탁기, 헤어 드라이기 등 가전제품 및 전력설비(송전선로 및 변전소 등)

송전선으로부터 생기는 '전자계' 수준

송전선에서 나오는 전자계는 가정 전자 제품과 비슷하거나 그보다 더 낮은 수준이다. 또한 전자계는 거리가 멀어지면 급격히 약해지는 성질이 있다. 송전선으로부터 발생하는 '전력계'는 일반인이 일반적으로 출입할 수 있는 장소에서는 법령이 정한 바에 따라 지표상 1m에서 3kV/m(킬로볼트 파 미터) 이하이다.

자계의 강도는 일반인이 보통으로 출입할 수 있는 장소에서는 법령이 정한 200μT(마이크로테슬라) 이하이다. 또, 자계의 강도는, 최대라도 20μT정도이며, 통상은 1μT이하에서 수μT정도이다. 이 값은 가정 전자제품 등과 비교하여 비슷하거나 그 이하이다.

국제적인 기구인 세계 보건기구(WHO)나 국제 비전리 방사선 방호 위원회(ICNIRP)가 전계·자계에 관한, 기준이나 가이드 라인을 보면

• 전계

• WHO :10kV/m이하. 출입을 제한할 필요는 없다
• ICNIRP : 5kV/m . 공중 노출 제한 가이드라인(주파수 50Hz에서의 참고 수준)

• 자계

• WHO : 5,000μT이하. 유해한 생물학적 영향은 나타나지 않았다
• ICNIRP : 200μT. 공중 노출 제한 가이드라인 (주파수 50Hz에서의 참고 수준)

전자계와 전자파의 구별

전계와 자계의 구별

• 전계 : 전압에 의해 발생. 단위 : V/m, kV/m
• 자계 : 전류에 의해 발생. 단위 : 가우스(G), 테슬

○ 전등이 콘센트에만 꽂혀있으면 전선을 통해 흐르는 전류가 없으므로 자계는 발생하지 않고 전계만 발생

○ 전등을 켜면 전선을 통해 전류가 흐르므로 전계 및 자계 발생

전자계와 전자파의 구별

• 전자파는 전계와 자계가 서로 공존하여 빛의 속도로 공간 속을 진동하며 전파하는 파동이다. 전자파는 주파수(1초동안 진동수)에 따라 극저주파(0~300Hz 전력설비주파수), RF주파수(300Hz~300MHz 라디오 TV방송파), 마이크로파(300MHz~300GHz 적외선 r선) 등으로 나뉜다.

• 전자파 사용 예

-전자레인지(2.45GHz 전자파로 분자진동을 통한 마찰열 이용)

-휴대전화(800MHz 또는 1.8GHz, 2.1GHz) 등

• 전자계는 전자파의 극저주파 대역(0~300Hz)으로 송전선로나 변압기와 같은 전력기기뿐만 아니라 우리가 사용하는 가전제품 등 모든 기기에서 발생한다. 또한 극저주파(60Hz) 특성 상 일반적인 전자파와 그 성질이 크게 다르다. 전계와 자계의 성질이 따로따로 나타나며 그 파장이 워낙 길어 에너지를 거의 갖고 있지 않다. (파동에너지는 진동수의 제곱, 즉 주파수의 제곱에 비례한다. 파장이 길수록 주기가 길고 주파수는 작아진다.) 즉 전자계는 일반적인 전자파와 달리 파장이 길어 멀리 전파되지 못하고, 거리가 멀어짐에 따라 에너지가 급격히 감소하는 성질이 있어 인체에 미치는 영향이 극히 적다.

참고자료

• 〈전자계〉, 《용어해설》
• 〈전자계〉, 《전기용어사전》
• 〈- 전자파와 전자계〉, KEPCO
• 〈전자계와 전자파의 구별〉, 《네이버 블로그》, 2008-12-31
• 윤대원 기자, 〈(이슈분석)전자계와 전자파〉, 《전자신문》, 2013-12-23
• 다사랑, 〈송전선으로부터 생기는 '전자계'는 어느 정도일까?〉, 《네이버블로그》, 2021-10-23

같이 보기

• 전자파
• 전계
• 자계

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