🟢 [전기자기학] 자기회로 기초 — 기자력·자기저항·자속 전기회로 대비표

자기회로 기초 — 기자력·자기저항·자속 전기회로 대비표

전기기사 합격연구소 · 2026년 05월 21일

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김대영

전력회사 근무 · 전기기사 · 전력계통 실무 담당

전력회사에서 송배전 계통 운영 5년, 전력공학 실무 경험

전력회사에서 송전·배전 계통을 운영하고 있습니다. 전력공학은 현장 경험이 있으면 이해가 훨씬 쉬운 과목입니다. 실제 계통에서 일어나는 현상을 곁들여 설명합니다. 학습 참고용이며, 최신 출제경향은 Q-net 공지를 확인하세요.

본 콘텐츠는 학습 참고용이며, 실제 시험 출제와 다를 수 있습니다.

자기회로 단원은 전기산업기사·전기기사 필기 시험에서 매회 평균 3~4문제가 출제됩니다. Q-net(한국산업인력공단) 기출 데이터를 보면, 최근 5개년 기준으로 전자기학 파트 배점의 약 20~25%를 자기회로 관련 계산 문제가 차지합니다. 특히 기자력, 자기저항, 자속을 전기회로 개념과 대응시켜 이해하지 못하면 응용 문제에서 반드시 막히기 때문에, 이 대비 구조를 완벽히 잡고 가는 것이 전략적으로 가장 효율적입니다.

핵심 개념 정리 — 자기회로의 기초부터 잡기

자기회로(Magnetic Circuit)란 자속(Φ)이 흐르는 경로를 회로 형태로 분석하는 방법입니다. 핵심은 이겁니다: 자기회로는 전기회로와 구조가 1:1로 대응됩니다. 전기회로에서 전압(V)이 전류(I)를 밀어내듯, 자기회로에서는 기자력(MMF, Magnetomotive Force)이 자속(Φ)을 밀어냅니다. 기자력의 정의부터 잡겠습니다. 코일에 전류를 흘리면 자기장이 형성됩니다. 이때 코일 권수(N)와 전류(I)를 곱한 값이 기자력입니다. 공식으로 쓰면 F = N × I [AT, 암페어턴]입니다. 예를 들어 권수 200턴, 전류 2A라면 기자력 F = 200 × 2 = 400 AT가 됩니다. 다음은 자기저항(Reluctance, Rm)입니다. 전기회로의 저항(R)에 해당하는 개념입니다. 자속이 얼마나 잘 흐르는지 방해하는 정도를 나타냅니다. 공식은 Rm = l / (μ × A) [AT/Wb]입니다. 여기서 l은 자로의 길이[m], μ는 투자율[H/m], A는 단면적[m²]입니다. 투자율 μ = μ0 × μr이고, μ0(진공 투자율) = 4π × 10⁻⁷ H/m입니다. 건설사 안전관리 일을 하는 지영 씨가 이 개념을 처음 접했을 때 "전기저항이랑 뭐가 다른 거예요?"라고 물었습니다. 차이점을 딱 하나만 말하면, 전기저항은 도체 재질과 치수로 결정되고, 자기저항은 자성체의 투자율과 치수로 결정된다는 점입니다. 구조 자체는 완전히 동일합니다. R = ρ × l / A와 Rm = l / (μ × A)를 나란히 놓으면 비저항(ρ)이 투자율의 역수(1/μ)로 대응된다는 것을 바로 알 수 있습니다. 마지막으로 자속(Φ)은 전기회로의 전류(I)에 해당합니다. 옴의 법칙이 V = I × R이듯, 자기회로의 옴의 법칙은 F = Φ × Rm입니다. 변형하면 Φ = F / Rm = (N × I × μ × A) / l [Wb]가 됩니다. 이 세 가지 — 기자력, 자기저항, 자속 — 의 관계를 전기회로와 1:1로 대응시키는 것이 자기회로 단원 전체의 뼈대입니다.

핵심 공식 총정리 — 암기 필수

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StudyBot — 핵심 요약

출제빈도: ★★☆ · 2026년 05월 21일

📋 핵심 공식

• 기자력 F = N × I [AT] — 코일 권수(N)와 전류(I)의 곱
• 자기저항 Rm = l / (μ × A) [AT/Wb] — 자로 길이(l)를 투자율(μ)과 단면적(A)의 곱으로 나눈 값
• 자속 Φ = F / Rm = (N × I) / (l / μA) [Wb] — 기자력을 자기저항으로 나눈 값 (옴의 법칙 대응)

⚠️ 자주 틀리는 포인트

• 자기저항 공식에서 투자율 μ를 μ₀(진공)만 쓰고 비투자율 μr을 빠뜨려 μ = μ₀ × μr 적용을 놓치는 실수
• 전기회로 대비표에서 전기저항 R = ρl/A와 자기저항 Rm = l/μA의 대응 방향을 혼동해 μ 자리에 ρ를 대입하는 오류

💡 암기 팁

전·자·자(전압↔기자력, 전류↔자속, 전기저항↔자기저항)로 묶어 외우고, 옴의 법칙 V=IR → F=Φ·Rm 구조가 완전히 동일하다고 기억

전기회로 개념	전기회로 공식	자기회로 대응 개념	자기회로 공식	단위	주의사항
기전력 (EMF)	V [V]	기자력 (MMF)	F = N × I [AT]	암페어턴 [AT]	N은 권수(무단위), I는 전류[A]
전류	I = V / R [A]	자속	Φ = F / Rm [Wb]	웨버 [Wb]	자속밀도 B = Φ / A [T]와 구분
저항	R = ρ × l / A [Ω]	자기저항	Rm = l / (μ × A) [AT/Wb]	AT/Wb 또는 H⁻¹	투자율 μ = μ0 × μr 대입 필수
옴의 법칙	V = I × R	자기 옴의 법칙	F = Φ × Rm	—	이 식 하나로 세 변수 모두 구할 수 있음
저항 직렬 합성	R_total = R1 + R2	자기저항 직렬 합성	Rm_total = Rm1 + Rm2	AT/Wb	철심 + 공극 문제에서 반드시 적용
비저항	ρ [Ω·m]	투자율의 역수	1 / μ [m/H]	m/H	재질이 다르면 μr 값 다름에 주의
자기장의 세기 (H)	—	H = N × I / l = F / l	H = F / l [AT/m]	AT/m	B = μ × H 관계식과 연계 출제됨
전류밀도	J = I / A [A/m²]	자속밀도	B = Φ / A [T, 테슬라]	테슬라 [T] = [Wb/m²]	T와 Wb/m² 동일 단위임을 기억

기출유형 분석 — 이렇게 출제됩니다

Q-net 공개 기출문제를 분석하면 자기회로 문제는 크게 세 가지 패턴으로 출제됩니다. 패턴 1 — 기자력·자기저항·자속 직접 계산 "권수 N턴, 전류 I[A], 철심의 평균 자로 길이 l[m], 단면적 A[m²], 비투자율 μr일 때 자속을 구하라"는 유형입니다. 계산 순서: ① μ = μ0 × μr 계산 → ② Rm = l / (μ × A) 계산 → ③ F = N × I 계산 → ④ Φ = F / Rm 계산. 이 순서만 지키면 실수 없이 풀립니다. 패턴 2 — 공극(Air Gap)이 포함된 직렬 자기회로 철심에 공극(에어갭)이 있는 구조에서 전체 자기저항을 구하거나, 필요한 기자력을 구하는 문제입니다. 공극에서 μr = 1이므로 Rm_gap = l_gap / (μ0 × A)를 별도로 계산한 뒤, 철심 자기저항 Rm_iron과 더해야 합니다. 여기서 자주 틀립니다: 공극 길이를 mm 단위로 주고 m로 환산하지 않는 실수가 많습니다. 반드시 단위 통일을 먼저 하십시오. 패턴 3 — B-H 관계 및 자속밀도 계산 연계 B = μ × H = μ0 × μr × H 공식과 자기회로 옴의 법칙을 동시에 적용하는 문제입니다. "자속밀도를 B[T]로 유지하려면 필요한 기자력은?"처럼 역방향 계산을 요구합니다. 계산 순서: ① B에서 Φ = B × A 계산 → ② 자기저항 Rm 계산 → ③ F = Φ × Rm으로 기자력 산출. 지영 씨처럼 주말에만 공부하는 수험생은 이 세 패턴에 집중하면 해당 단원에서 효율적으로 점수를 확보할 수 있습니다.

실전 문제풀이 — STEP별 상세해설

[문제 1] 기본 자속 계산 환형 철심이 있다. 평균 자로 길이 l = 0.4m, 단면적 A = 0.002m², 비투자율 μr = 1000, 코일 권수 N = 500턴, 전류 I = 2A일 때 자속 Φ를 구하시오. STEP 1 — 투자율 계산: μ = μ0 × μr = (4π × 10⁻⁷) × 1000 = 4π × 10⁻⁴ ≈ 1.257 × 10⁻³ H/m STEP 2 — 자기저항 계산: Rm = l / (μ × A) = 0.4 / (1.257 × 10⁻³ × 0.002) = 0.4 / (2.514 × 10⁻⁶) ≈ 1.59 × 10⁵ AT/Wb STEP 3 — 기자력과 자속 계산: F = N × I = 500 × 2 = 1000 AT Φ = F / Rm = 1000 / (1.59 × 10⁵) ≈ 6.29 × 10⁻³ Wb 이렇게 푸는 이유: 전기회로 옴의 법칙과 완전히 동일한 구조이므로, 단계를 나누면 계산 실수를 막을 수 있습니다. [문제 2] 공극 포함 직렬 자기회로 위와 동일한 철심에 공극(에어갭) l_gap = 1mm = 0.001m가 추가되었다. 자속 Φ = 6 × 10⁻³ Wb를 유지하려면 기자력 F는 얼마인가? (단면적 A = 0.002m², 철심 μr = 1000, 철심 자로 길이 l_iron = 0.399m) STEP 1 — 각 자기저항 계산: Rm_iron = l_iron / (μ0 × μr × A) = 0.399 / (1.257 × 10⁻³ × 0.002) ≈ 1.585 × 10⁵ AT/Wb Rm_gap = l_gap / (μ0 × A) = 0.001 / (4π × 10⁻⁷ × 0.002) = 0.001 / (8π × 10⁻¹⁰) ≈ 3.98 × 10⁵ AT/Wb STEP 2 — 전체 자기저항 (직렬 합산): Rm_total = Rm_iron + Rm_gap ≈ 1.585 × 10⁵ + 3.98 × 10⁵ ≈ 5.565 × 10⁵ AT/Wb STEP 3 — 기자력 계산: F = Φ × Rm_total = 6 × 10⁻³ × 5.565 × 10⁵ ≈ 3339 AT 핵심은 이겁니다: 공극 1mm가 추가되었을 뿐인데 기자력이 약 3.3배 이상 필요해집니다. 공극의 자기저항이 철심보다 훨씬 크기 때문입니다. 이 사실 자체가 시험에 선택지 함정으로 자주 나옵니다. [문제 3] 자속밀도 역산 문제 자속밀도 B = 1.2T를 유지하려 한다. 단면적 A = 0.005m²인 균일 철심, 자로 길이 l = 0.5m, μr = 2000일 때 필요한 기자력 F를 구하시오. STEP 1 — 자속 역산: Φ = B × A = 1.2 × 0.005 = 0.006 Wb STEP 2 — 자기저항 계산: μ = 4π × 10⁻⁷ × 2000 ≈ 2.513 × 10⁻³ H/m Rm = 0.5 / (2.513 × 10⁻³ × 0.005) ≈ 3.98 × 10⁴ AT/Wb STEP 3 — 기자력 계산: F = Φ × Rm = 0.006 × 3.98 × 10⁴ ≈ 238.9 AT ≈ 239 AT 이 풀이에서 STEP 1에서 B → Φ로 먼저 변환하는 것이 포인트입니다. 역방향 문제는 이 첫 단계를 빠뜨리는 경우가 많습니다.

자주 틀리는 실수 TOP 3

1. 공극 길이 단위 미변환 실수 문제에서 공극 길이를 "2mm"로 주면, 그대로 Rm = 0.002 / (μ0 × A) 공식에 넣어야 합니다. 그런데 많은 수험생이 mm를 m로 변환하지 않고 "2"를 그대로 넣습니다. 그 결과 자기저항이 1000배 작아지고, 기자력도 1000배 오차가 납니다. 실전 팁: 계산 시작 전, 길이·면적 단위를 SI 단위(m, m²)로 환산하는 것을 루틴으로 고정하십시오. 지영 씨도 이 실수를 세 번 반복하다가 단위 환산 박스를 문제 왼쪽 여백에 먼저 적는 습관을 들인 후 틀리지 않았습니다.
2. 기자력 F와 자기장의 세기 H를 혼동하는 실수 F = N × I [AT]는 코일 전체의 기자력이고, H = F / l = N × I / l [AT/m]는 단위 길이당 자기장의 세기입니다. 시험에서 "자기장의 세기를 구하라"고 물으면 H를 구해야 하는데, F를 그대로 답으로 쓰는 경우가 빈번합니다. 올바른 풀이: H = N × I / l이므로, 예를 들어 N = 300, I = 2A, l = 0.3m이면 H = 300 × 2 / 0.3 = 2000 AT/m입니다. F = 600 AT와 H = 2000 AT/m는 완전히 다른 값입니다.
3. 자속밀도 B와 자속 Φ 단위 혼용 실수 B [T = Wb/m²]는 단위 면적당 자속이고, Φ [Wb]는 전체 자속입니다. B = Φ / A 관계식에서 A(단면적)를 빠뜨리고 B = Φ로 사용하는 경우가 있습니다. 예를 들어 Φ = 0.004 Wb, A = 0.002 m²일 때 B = 0.004 / 0.002 = 2 T입니다. B와 Φ를 같은 값으로 처리하면 오답이 됩니다. 암기 포인트: B는 "밀도"이므로 반드시 넓이(A)로 나눠야 한다고 기억하십시오.

암기 꿀팁 + 시험장 체크리스트

• 전기·자기 대응 암기법 — "V-I-R → F-Φ-Rm" 3쌍 박스 노트 한 귀퉁이에 3×2 박스를 그리십시오. 왼쪽 열: V, I, R / 오른쪽 열: F, Φ, Rm. 순서 그대로 V↔F, I↔Φ, R↔Rm으로 대응됩니다. 시험장에서 자기회로 문제가 나오면 이 박스를 먼저 연습지에 적고 시작하면 어떤 공식을 써야 할지 즉시 판단됩니다.
• μ0 = 4π × 10⁻⁷ 암기 방법 "사파이(4π) 백만분의 일(-10⁻⁶)보다 한 자릿수 더 작다(-10⁻⁷)" 로 기억하십시오. 계산 시 4π ≈ 12.57이므로 μ0 ≈ 12.57 × 10⁻⁷ = 1.257 × 10⁻⁶ H/m로 바꿔 쓰면 계산이 더 빠릅니다.
• 공극 자기저항이 철심보다 크다는 직관 체크 공극에서 μr = 1이고, 철심의 μr은 수백~수천입니다. 따라서 같은 길이라면 공극의 자기저항이 철심보다 μr 배 더 큽니다. 시험에서 "공극이 추가되면 자기저항이 어떻게 되는가?"라는 선택지가 나오면 무조건 "크게 증가한다"가 정답입니다.
• 시험장 실전 팁 — 단위 먼저, 공식 나중 자기회로 계산 문제를 받으면 ① 단위 SI 환산 → ② 전기·자기 대응 확인 → ③ 공식 적용 순서를 고정하십시오. 특히 면적이 cm² 단위로 주어지면 1 cm² = 10⁻⁴ m²로 환산하는 것을 놓치지 마십시오. 단위 환산 실수 하나가 4~5점짜리 문제를 통째로 날립니다.
• B = μ0 × μr × H 공식 체인 암기 B [T] → Φ = B × A [Wb] → Rm = l / (μ × A) [AT/Wb] → F = Φ × Rm [AT] → H = F / l [AT/m] 순서로 앞뒤로 변환하는 체인을 한 번 손으로 써보십시오. 이 흐름을 익히면 어느 방향으로 문제가 출제되어도 역산이 가능합니다.

자주 묻는 질문

Q. 자기저항 단위가 AT/Wb와 H⁻¹ 두 가지로 나오는데, 같은 건가요?

A. 네, 완전히 동일한 단위입니다. AT/Wb는 물리적 의미를 직관적으로 나타내고, H⁻¹(헨리의 역수)은 SI 유도 단위 표현입니다. 시험 선택지에서 둘 다 정답이 될 수 있으니 두 표현 모두 인식해 두십시오.

Q. 전기기사와 전기산업기사 시험에서 자기회로 난이도 차이가 있나요?

A. 기본 공식 구조는 동일하지만 전기기사는 비선형 B-H 곡선 활용, 다중 자기회로 루프 해석 등이 추가로 출제됩니다. 산업기사 합격 후 기사 준비라면 직렬·병렬 자기회로 분석까지 확장하는 것이 효과적입니다.

Q. μ0 값을 외워야 하나요, 아니면 시험지에 제공되나요?

A. Q-net 기준 전기기사·전기산업기사 필기 시험에서 μ0 = 4π × 10⁻⁷ H/m는 제공되지 않는 경우가 많습니다. 반드시 암기해 두십시오. 다만 시험마다 주어지는 상수가 다를 수 있으므로, 문제 조건을 먼저 확인하는 것이 우선입니다.

Q. 이 포스트의 공식과 풀이는 실제 시험 대비용으로 완전히 신뢰할 수 있나요?

A. 이 포스트는 학습 참고용으로 작성된 것이며, 실제 시험 출제 기준은 Q-net(한국산업인력공단) 공식 공고 및 KEC(한국전기설비규정) 최신 개정본을 기준으로 반드시 확인하시기 바랍니다. 공식 변경이나 출제 기준 업데이트가 있을 수 있으므로 수험 전 공식 자료를 최종 확인하는 것을 권장합니다.

지금 당장 할 것은 하나입니다. 오늘 배운 전기·자기 대응 3쌍(V↔F, I↔Φ, R↔Rm)을 A4 한 장에 공식표로 직접 손으로 써서 책상 앞에 붙여두십시오. 그리고 위의 문제 2(공극 포함 직렬 자기회로)를 아무것도 보지 않고 처음부터 끝까지 한 번 다시 풀어보십시오. 막히는 STEP이 생기면 그 STEP의 공식만 집중적으로 다시 보면 됩니다. 이 루틴이 자기회로 단원 점수를 고정하는 가장 빠른 방법입니다.

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📚 전기(산업)기사 필기 기출문제집 📚 공학용 계산기 fx-570EX

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📚 참고 자료

Q-netKEC전기안전공사한국전력

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