seegongsik
중학교 2학년 (13-14세)

전자기 유도

Electromagnetic Induction

전지가 없는 코일에 검류계만 이어 놓고 자석을 밀어 넣으면 바늘이 움직여요. 코일을 지나는 자기장이 변하면 코일에 전류가 생기는데, 이것이 전자기 유도예요. 자석이 멈추면 바늘은 0으로 돌아오고, 자석을 빼낼 때는 넣을 때와 반대쪽으로 기울어요. 빠르게 움직일수록, 코일을 많이 감을수록 전류가 커져요. 위 그림에서 속도를 +로 두면 자석이 다가오고 −로 두면 멀어지는데, 그때마다 코일 끝에 생기는 극이 자석의 움직임을 방해하는 쪽으로 바뀌어요. 아래 발전기 그림은 같은 원리로 코일을 돌려 방향이 계속 바뀌는 교류를 만드는 모습이에요.

움직이는 자석이 만드는 전류

🧲 패러데이가 본 것
①자석을 코일에 밀어 넣는 동안 검류계 바늘이 한쪽으로 움직인다
②자석을 코일 안에 넣은 채 멈추면 바늘은 0으로 돌아온다
③자석을 빼낼 때는 바늘이 반대쪽으로 움직인다
④자석 대신 코일을 움직여도 똑같이 전류가 생긴다

코일과 자석 실험

30%
넣기 5
💡 유도 전류가 커지는 조건
①코일을 지나는 자기장이 변할 때만 전류가 흐른다
②자석을 빠르게 움직일수록 유도 전류가 크다
③센 자석을 쓸수록 유도 전류가 크다
④코일을 많이 감을수록 유도 전류가 크다

발전기의 원리

90°
전자기 유도
코일을 지나는 자기장(자기력선 수)이 변함 → 유도 기전력 → 유도 전류
자기장이 빠르게 변할수록 유도 기전력이 크다. 변화가 없으면 아무리 센 자석이 있어도 전류가 흐르지 않는다
💡 발전기가 교류를 만드는 까닭
①코일이 자기장 속에서 돌면 코일을 지나는 자기력선 수가 계속 늘었다 줄었다 한다
②그래서 유도 기전력이 사인 곡선처럼 변하며 반 바퀴마다 방향이 바뀐다. 이것이 교류다
③코일 면이 자기장과 나란할 때(90°, 270°) 변화가 가장 빨라 기전력이 가장 크다
④우리나라 가정의 전기는 1초에 60번 방향이 바뀌는 220 V, 60 Hz 교류다

렌츠의 법칙

렌츠의 법칙
유도 전류는 코일을 지나는 자기장의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다
N극이 다가오면 코일의 가까운 쪽이 N극이 되어 밀어내고, N극이 멀어지면 S극이 되어 끌어당긴다

총정리

전자기 유도 한 줄 요약
자기장 변화 → 유도 기전력 → 유도 전류
전류의 크기는 변화의 빠르기가, 방향은 변화를 방해하는 쪽이 정한다
🎯 시험에서 자주 묻는 것
①자석이나 코일이 움직여 자기장이 변할 때만 유도 전류가 흐른다
②빠르게, 센 자석으로, 많이 감은 코일일수록 유도 전류가 크다
③넣을 때와 뺄 때 전류 방향이 반대다
④렌츠의 법칙: 유도 전류는 자기장의 변화를 방해한다
⑤발전기는 운동 에너지를 전기 에너지로, 전동기는 전기 에너지를 운동 에너지로 바꾼다

예제와 단원평가

예제 1
자석을 코일 속에 넣은 채 가만히 두면 유도 전류가 흐를까? 또 유도 전류를 크게 하려면 자석을 어떻게 움직여야 하나?
1
유도 전류는 코일을 지나는 자기력선 수가 변할 때만 흐른다.
2
자석이 멈춰 있으면 자기력선 수가 변하지 않아 전류가 흐르지 않는다. 자석을 빠르게 넣거나 뺄수록 변화가 빨라져 유도 전류가 커진다.
▸ 멈춰 있으면 흐르지 않는다. 자석을 빠르게 움직일수록 커진다
위 그림에서 속도를 0으로 두면 자석이 코일 바로 앞에 있어도 바늘이 0을 가리킨다.
예제 2
발전기에서 코일이 자기장 속에서 돌면 어떤 전류가 만들어지며, 그 까닭은 무엇인가?
1
코일이 돌면 코일을 지나는 자기력선 수가 늘었다 줄었다 하며 계속 변하므로 유도 전류가 생긴다.
2
자기력선 수가 늘 때와 줄 때 전류의 방향이 반대이므로, 반 바퀴마다 방향이 바뀌는 교류가 된다.
▸ 교류. 코일이 돌면서 지나는 자기력선 수가 늘었다 줄었다 하기 때문이다
아래 그림에서 각도를 0°에서 360°까지 돌리면 기전력 곡선이 위아래로 한 번씩 오가는 것을 볼 수 있다.
단원평가 유형
전자기 유도에 대한 설명으로 옳은 것은?
①자석이 코일 속에 멈춰 있어도 유도 전류가 흐른다
②코일을 지나는 자기력선 수가 변하면 유도 전류가 흐른다
③자석을 천천히 움직일수록 유도 전류가 커진다
④발전기는 전기 에너지를 자석으로 바꾸는 장치다
⑤유도 전류는 자기장의 변화를 돕는 방향으로 흐른다
▸ ② 코일을 지나는 자기력선 수가 변하면 유도 전류가 흐른다
1
전자기 유도는 코일을 지나는 자기력선 수가 변할 때 유도 전류가 흐르는 현상이다.
2
자석이 멈추면 전류가 없고(①), 빠르게 움직일수록 전류가 커지며(③), 발전기는 운동 에너지를 전기로 바꾸고(④), 유도 전류는 자기장 변화를 방해하는 방향으로 흐른다(⑤, 렌츠의 법칙).
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