전자기 유도 (패러데이 법칙 · 렌츠 법칙)

Electromagnetic induction

코일 곁에서 자석을 움직이기만 했는데, 전지도 없이 어떻게 전류가 생길까요?

무슨 일이 일어났나

코일을 지나는 자기장의 양(자기 선속)이 바뀌면 코일 양끝에 전압이 생깁니다. 이것을 전자기 유도라고 합니다.

미국 에너지정보청(EIA)은 1831 년 마이클 패러데이의 발견을 바탕으로, 코일 속에서 자석을 움직이면 전선에 전류가 유도된다고 설명합니다.

생기는 전압은 감은 수 × 선속이 바뀌는 빠르기입니다. 시뮬레이터에서 100 바퀴 코일에 자석을 0.5 m/s 로 밀면 가장 큰 기전력이 33.8 mV, 1 m/s 로 밀면 67.7 mV 입니다.

자석을 코일 속에 가만히 두면 선속은 크지만 바뀌지 않으니 기전력은 0 V 입니다. 유도 전류는 늘 변화를 거스르는 쪽으로 흐르는데(렌츠 법칙), MagLab 은 이 법칙이 에너지 보존에서 나온다고 설명합니다.

💡 생활 속 예시

  • 교통 카드를 단말기에 대면 단말기가 만드는 바뀌는 자기장이 카드 속 코일에 전류를 일으켜 칩이 깨어납니다.
  • 흔들면 불이 들어오는 손전등은 속의 자석이 코일 사이를 오가며 선속을 바꿔 전기를 만듭니다.
  • 수력 · 화력 발전소의 거대한 발전기도 자석과 코일이 서로 돌며 선속을 바꾸는 같은 원리입니다.

🙅 오해 깨기오해 모음 보기

  • 자석을 코일 속에 넣어 두기만 하면 전류가 계속 흐른다.

    EIA 설명처럼 전류는 자석이 코일 속에서 움직일 때 유도됩니다. 시뮬레이터에서 «가만히» 를 고르면 선속이 그대로라 기전력은 0 V 입니다. 출처

  • 유도 전류의 방향은 그때그때 아무렇게나 정해진다.

    렌츠가 1834 년에 낸 법칙대로 유도 전류는 변화를 거스르는 쪽으로 흐르고, MagLab 은 이 법칙이 에너지 보존의 결과라고 설명합니다. 출처

누가 왜 찾았나

1820 년대 내내 패러데이는 자기로 전기를 만드는 방법을 찾았습니다(왕립연구소). 1831 년 8 월 29 일 쇠고리에 감은 두 코일로 마침내 성공했고, 이 발견은 오늘날 발전소 발전기의 바탕이 되었습니다(EIA). 3 년 뒤 하인리히 렌츠는 유도 전류의 방향을 정하는 규칙을 냈습니다(MagLab).

확인된 값

전자기 유도를 처음 밝힌 해 — 마이클 패러데이(Michael Faraday)
1831 출처
코일 속에서 자석을 움직이면 전선에 전류가 유도된다
moving a magnet inside a coil induces a current 출처
패러데이가 유도 고리 장치로 처음 성공한 날 — 왕립연구소(Royal Institution) 지하 실험실
1831-08-29 출처
유도 전류의 방향을 알려 주는 렌츠 법칙을 낸 해 — 하인리히 렌츠(Heinrich Friedrich Emil Lenz) (MagLab 연표 1834 칸)
1834 출처
렌츠 법칙은 에너지 보존에서 나온다
consequence of the conservation of energy 출처
자석을 더 빨리 움직이면 유도 전류가 커진다
faster magnet → larger current 출처
1820 년대 패러데이가 찾던 것 — 자기로 전기를 만드는 방법
make electricity from magnetism 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-06]
  • 한국 2022 · 통합과학2 · 환경과 에너지 [10통과2-02-05]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Magnetism and electromagnetism
  • 일본 · 中学校 第1分野 (3) 電流とその利用

출처

이어서 보기

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