전자기유도(가상실험)

[전자기 유도]

솔레노이드 근처에서 자석이 운동하거나 자석 근처에서 솔레노이드가 운동할 때, 솔레노이드에 전류가 발생하는 현상을 전자기유도라고 한다. 회로에 전류가 흐르려면 회로 양단의 전압을 일정하게 유지시키는 기전력이 필요하다. 솔레노이드와 자석의 상대적인 운동은 솔레노이드 양단에 기전력을 만들어 낸다. 이 기전력을 유도기전력이라 하고, 이때 흐르는 전류를 유도전류라고 한다.

1834년 독일의 과학자 렌츠는 유도 전류가 만드는 자기장의 방향이 솔레노이드를 통과하는 자기력선속의 변화를 방해하는 방향이라는 것을 발견하였다. 이것을 렌츠의 법칙이라고 한다.

 

 

그림 (가)와 같이 자석의 N극을 솔레노이드에 가까이 접근시키면 솔레노이드를 지나는 자기력선속이 증가하므로, 유도전류는 자기력선속이 증가하는 것을 방해하기 위해 B에서 A로 흐른다.

 

그림 (나)와 같이 자석의 N극이 솔레노이드에서 멀어지면 솔레노이드 내부를 지나는 자기력선속이 감소하므로, 유도전류는 자기력선속이 감소하는 것을 방해하기 위해 A에서 B로 흐른다.

자석이 솔레노이드 속에 가만히 있으면 자기력선속의 변화가 없기 때문에 유도 전류가 흐르지 않는다. 즉 유도전류는 솔레노이드를 지나는 자기력선속이 변할 때에만 흐른다. 전자기유도에 의해 솔레노이드에 흐르는 유도전류는 솔레노이드에 도선을 많이 감을수록, 자기력선속의 시간적 변화율이 클수록 증가한다.

 

이것을 패러데이의 전자기유도법칙이라고 한다. 시간 Δt 동안 자기력선속의 변화가  ΔΦ 이면 유도기전력 V는 다음과 같이 나타낼수있다.

 

 

  (N: 도선의 감은 수)

 

 

신용 카드와 같은 마그네틱 카드는 자기 인식 방식이 이용되고 있다. 신용 카드 뒷면의 마그네틱 선에는 카드 번호, 카드 소유자 이름, 유효 기간 등 200바이트 분량의 정보를 저장할 수 있다. 

 

 

위 그림과 같이 카드 판독기에 카드를 통과시키면 카드의 마그네틱 선에 기록된 정보가 카드 판독기의 철심 주변의 코일에 전기 신호를 유도한다. 이 신호는 판독기 내부로 흘러 특정 코드로 변환되어 카드에 담긴 정보를 보낸다.

발광 킥보드는 달릴 때 파란색, 흰색, 빨간색 등 여러 빛을 낸다. 아래 그림과 같이 바퀴가 회전하면서 코일을 감은 철심이 킥보드 바퀴의 축에 고정된 영구 자석 주위를 회전하면, 코일을 통과하는 자기장에 변화가 생겨서 유도전류가 흐르고 발광 다이오드에 불이 켜진다.

자기장 속에서 움직이는 코일에 의해 유도 전류가 흐르는 현상을 이용한 대표적인 기기에는 발전기가 있다. 아래 그림과 같이 발전기 속에는 매우 강한 자석이 있고, 자석 사이에 코일을 넣고 회전시키면 코일을 지나는 자기력선속에 변화가 생겨서 코일에 유도 전류가 흐른다. 이것이 우리가 사용하는 교류이다. 발전기는 코일의 회전에 의한 운동 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다.

 

관련동영상1

 

 

관련동영상2