자가 발전 손전등

Hand-crank flashlight

건전지 없이 손잡이를 돌리기만 하면 켜지는 손전등은, 손의 힘을 어떻게 빛으로 바꿀까요?

무슨 일이 일어났나

손잡이를 돌리면 작은 발전기의 회전자가 돌고, 발전기는 돌아가는 회전자의 역학적(운동) 에너지를 전기 에너지로 바꿉니다(EIA) — EIA 는 발전기가 패러데이의 1831 년 발견에 바탕을 둔다고 적습니다.

시뮬레이터는 손이 10 W 로 60 초 돌린다고 둔 모형으로, 들어간 600 J 가운데 쓸모 몫을 30 % 로 두면 180 J 이 빛과 저장 전기로 가고 420 J 은 기어 · 발전기 · 전선에서 열로 흩어집니다.

손잡이를 오래 · 세게 돌릴수록 들어간 에너지가 늘어 손전등을 더 오래 켤 수 있지만, 나오는 빛 에너지가 손이 한 일보다 많을 수는 없습니다.

Science Museum 에는 1919 년 무렵의 스위스 발전기 손전등과 1925 년 무렵 프랑스 Dynapoche 의 손으로 돌리는 발전기 손전등이 남아 있습니다.

미국 FEMA 의 재난 대비 기본 꾸러미 목록에도 «건전지 또는 손으로 돌리는 라디오» 가 들어 있어, 전기가 끊겼을 때 손의 힘으로 전기를 만드는 쓰임이 있습니다.

💡 생활 속 예시

  • 자전거 바퀴에 붙은 발전기(다이너모)가 앞등을 켜는 것도, 페달을 밟는 다리의 일을 전기로 바꾸는 같은 원리입니다.
  • 정전에 대비한 비상 가방에 손으로 돌리는 라디오나 손전등을 넣어 두면, 건전지가 떨어져도 돌려서 쓸 수 있습니다.

어떤 부품이 무엇을 하나

  • 손잡이(크랭크) — 손이 하는 일을 받아 기어를 돌립니다.
  • 기어 — 느린 손의 회전을 빠른 회전으로 바꿔 발전기에 넘깁니다.
  • 발전기(자석 + 코일) — 회전자가 돌며 코일을 지나는 자기장이 바뀌어 전기가 생깁니다.
  • 충전지 · 축전기 — 만든 전기를 담아 두어, 돌리기를 멈춰도 한동안 빛이 이어지게 합니다.
  • LED 전구 — 전기 에너지를 빛으로 바꿉니다.
  1. 손잡이를 돌리면 기어가 회전을 빠르게 바꿔 발전기에 전합니다.
  2. 발전기 안에서 자석과 코일이 서로 돌며 전기가 생깁니다.
  3. 생긴 전기가 충전지에 담기거나 곧바로 LED 로 갑니다.
  4. LED 가 전기 에너지를 빛으로 바꾸고, 나머지는 기어 · 발전기 · 전선에서 열로 흩어집니다.

확인된 값

스위스 발전기 손전등 — 1919 년 무렵 (Science Museum 1960-87)
1919 출처
프랑스 Dynapoche 손으로 돌리는 발전기 손전등 — 1925 년 무렵 (Science Museum 1999-1140)
1925 출처
발전기는 돌아가는 회전자의 역학적(운동) 에너지를 전기 에너지로 바꾼다 (EIA)
mechanical → electrical 출처
발전기의 바탕 — 패러데이가 1831 년에 찾은 것
1831 출처
재난 대비 기본 꾸러미 목록의 «건전지 또는 손으로 돌리는 라디오» (미국 FEMA Ready.gov)
hand crank radio 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 통합과학2 · 환경과 에너지 [10통과2-02-05]

출처

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