손 발전기에 전구를 이으면 왜 손잡이가 더 무거워질까?

Why does a hand generator get harder to crank when a bulb is connected?

손 발전기는 그냥 돌릴 때 가벼운데, 전구를 이으면 왜 손잡이가 갑자기 뻑뻑해질까요?

무슨 일이 일어났나

발전기 코일이 자석 사이에서 돌면 전압이 생기지만, 회로가 끊겨 있으면 전류가 흐르지 않아 코일은 거의 힘을 받지 않습니다.

전구를 이어 전류가 흐르면 그 전류가 만든 자기장이 돌리는 방향을 거스릅니다(렌츠 법칙). MagLab 은 렌츠 법칙이 에너지 보존에서 나온다고 설명합니다 — 전구가 쓰는 에너지는 손이 한 일에서 나와야 합니다.

시뮬레이터에서 20 rad/s 로 두 바퀴 돌리는 동안 전구(10 Ω)로 보낸 에너지는 2.18 J 이지만, 10 kΩ 이면 3.14 mJ 뿐입니다. 손이 그만큼 더 일해야 하니 손잡이가 무거워집니다.

💡 생활 속 예시

  • 자전거 바퀴에 붙이는 발전기를 켜면 페달이 조금 무거워지는데, 전조등을 켜는 데 드는 에너지만큼 다리가 더 일하기 때문입니다.
  • 전기차는 감속할 때 바퀴를 돌리던 전동기를 발전기로 쓰는데, 이때 생기는 거스름 힘이 차를 늦추면서 배터리를 채웁니다.

확인된 값

렌츠 법칙은 에너지 보존에서 나온다
consequence of the conservation of energy 출처
유도된 전류는 원래 변화를 거스르는 자기장을 만든다
an opposing magnetic field 출처
발전기의 회전자를 돌리면 코일의 각 부분에 전류가 흐른다
turning the rotor makes current flow 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 물리학 · 전기와 자기 [12물리02-06]
  • 한국 2022 · 통합과학2 · 환경과 에너지 [10통과2-02-05]
  • 잉글랜드 · KS4 Physics: Magnetism and electromagnetism

출처

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