Faraday Law   패러데이 법칙, 파라데이 법칙, 페러데이 법칙

1. 패러데이 법칙 (Faraday Law) 

  ㅇ (1831년, 전자기유도 법칙)
     - 실험에 기초하여, `결합 자속의 변화`와 `유도된 기전력` 간의 관계를 나타낸 법칙 
        . 자속 변화(시변 자계)가 전류(기전력)를 유도함  :  (회로 관점)
        . 자계 변화가 전계를 발생시킴  :  (장 관점)

  ㅇ (1833년, 전기분해 법칙)
     - 전극 반응에 의해, `화학 변화(생성,소비)된 량`과 `흘러간 전기량(전류 x 시간)` 사이의
       정량적인 관계를 나타내는 법칙
        . 전기량이 전해질 내 물질의 변화(침전 등)를 초래함

  ※ Michael Faraday(1791~1867) : 영국 과학자
     - 영국의 화학자,물리학자. 19세기 최대의 실험 물리학자. '전기학의 아버지'라고 칭송됨.


2. (전자기유도 법칙)  패러데이 법칙의 표현식

  ㅇ (회로이론)
       
[# e\,m\,f = e_{\,induced} = - \frac{dΦ}{dt} \quad #]
 [V] (`-` 부호는 렌쯔의 법칙 참조)
     - `유도 기전력` 및 `자속 변화` 사이의 관계
        . 폐 회로(코일)를 통과하는 자속이 시간에 따라 변하게되면,
        . 폐 회로(코일)에 전류가 흐르게되며 유도 기전력(emf)이 유도됨

     - 만일, 위 패러데이 법칙을 자속 쇄교 수 λ로 다시 쓰면, {# e_{\,induced} = dλ/dt #} 

  ㅇ (전자기장이론 : 패러데이법칙의 미분형)
       
[# \nabla \times \mathbf{E} = - \frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t} \quad #]
 (맥스웰방정식 중 하나)
     - `전계 회전 (벡터회전)` 및 `시변 자계 (∂/∂t)` 사이의 관계
        . 시변 자계에서 전계의 회전이 일어남
           .. 공간 내 어떤 점에서 시간 변화하는 자기장과 회전하는 비 쿨롱 전기장 사이의 관계
        . 그 역도 추론이 가능 => 회전 전계는 시변 자계 발생
     

3. (전자기유도 법칙)  패러데이 법칙의 의미

  ㅇ 전자기 유도가 일어나는 방식을 설명하여줌
     - 유도 전류 및 유도 기전력의 크기를 알려줌

  ㅇ `-` 부호
     - 한편, 패러데이 법칙은 유도 전류의 크기에 대해서만 언급하였고,
             유도 전류의 방향에 대해 언급한 것은 렌쯔의 법칙임

  ㅇ 변압기,전기 발전기 등의 원리
     - 변압기 : 1차,2차 권선수에 따라 적절한 유도 기전력(전압) 발생으로 전압 변성기 원리
     - 발전기 : 전자기 유도 현상으로써 상업용 전기 발전기의 원리를 설명하여줌


4. (전기분해 법칙)

  ※ 전기화학 반응 중인 전해질에서, 전기량 및 질량 간의 정량적 관계를, 정의하는 법칙
     - 전해질 내 물질의 변화량(생성/소비된 물질의 질량, 침전된 량)은, 
     - 전극을 통해 흘러간 전기량(이동 전하량,전류)에 만 비례함

  ㅇ (법칙 표현식) 
     * 물질 변화량(m)은, 오직 흘러간 전하량(Q)에 만 비례(의존)함

     -  m = (Q/F) (M/z)
        . m : 물질 변화량  [g]
           .. (전기 화학 반응에서 생성 또는 소비된 물질의 질량. 주로, 침전된 물질 질량)
        . Q : 흘러간 (수송된, 공급된) 전하량 (Q = i x t)  [C]
        . F : 패러데이 상수 = 96,485  [C/mol]
        . M : 생성 or 소비된 물질 마다 정해지는 몰질량  [g/mol]
        . z : 분자 당 전하 수  [1]
           .. (전기 화학 반응에 참여하는 전자 수)
        . [g] = ([C] / [C/mol]) ( [g/mol] / [1])

  ㅇ (패러데이 상수 : F = Q / n)
     * 전자 1몰이 가진 전기량

     - 패러데이 상수 (F)  =  (쿨롱) / (전자들의 몰수)  =  Q / n  =  96,485  [C/mol]

     * 1 패러데이 (Fraraday, F)는, 전자 1 몰이 갖는 전하량으로,
        . 전자 1개 전하량에 아보가드로 수 만큼을 곱한 값 임
        . (1.602 × 10–19 [C]) × (6.02 × 1023 [1/mol]) = 96,485  [C/mol]

     - (단위 표현  :  [F], [C/mol])                                         ☞ 전하의 단위 참조
        . 1 [F (Faraday)]  =  전자 1 몰(mole)에 포함된 전하량  =  96,485  [C/mol] 

  ㅇ (전기분해)
     * 전기분해를 통해서 생성되는 화학 물질의 양은, 투입된 전기량에 비례함

     - 석출되는 금속 질량 [g] = (Q [C]/F [C/mol]) x (금속 몰질량 [g/mol]) ÷ (반응 참여 전자 수)
                              = ([C]/[C/mol]) x (g 원자량)/(1 mol 금속) x (1 mol)/(n mol e-)

  ㅇ (전기회로)
     * 전선,전극 등 회로를 통해, 매 초 당 공급된(흐르는) 전하량(Q)은, 
        . 회로 관계식 (Q = i x t)에 따라, 전류[A]와 시간[sec]을 곱한 것이 됨

     - 따라서, 1 [F]는, 가해진(흘러간) 전기량이, 96,485 [A·s (Ampere sec)] 만큼에 해당됨

  ㅇ 한편,
     - 전기화학적 셀을 통해 흐르는 전류의 크기는,
     - 계면(전극 - 전해질)을 형성하는 화학종 및 그 농도에 따라서도 달라짐