자기장과 전자기 유도

Magnetic Field & Induction

코일을 지나는 자속이 변하면 코일에 전류가 유도돼요. 자속이 일정하면 아무 일도 없어요. 자석을 빠르게 움직일수록 자속 변화율이 커지고 유도 기전력도 커져요. 이것이 전자기 유도이고, 발전기와 변압기의 기본 원리예요. 이 페이지에서는 자속 변화율을 슬라이더로 바꿔 가며 유도 기전력이 어떻게 달라지는지 직접 확인해 봐요.

자속이 변하면 전류가 흐른다

자속 변화율 ΔΦ/Δt2

👀 눈으로 보자

①코일을 지나는 자속이 일정하면 아무 일도 없다

②자석을 움직이는 등 자속이 변하면 코일에 전류가 유도된다

③자속이 빠르게 변할수록(기울기 클수록) 유도 기전력이 크다

자기장·자속·유도 기전력

자속

Φ = B A

자기장 B와 면적 A의 곱: 코일을 수직으로 지나는 자기력선의 양

패러데이 법칙

V = N ΔΦΔt

감은 수 N, 자속 변화율 ΔΦ/Δt에 비례하는 유도 기전력 크기

렌츠 법칙: 방향

🧲 변화를 방해하는 쪽

①유도 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다(렌츠 법칙)

②자속이 늘면 그것을 줄이려는, 줄면 늘리려는 방향

③에너지 보존의 결과: 공짜 전류는 없다

직접 구해 보자

예제 1

한 번 감은 코일을 지나는 자속이 0.2초 동안 0.1 Wb에서 0.5 Wb로 변할 때 유도 기전력의 크기를 구하시오.

자속 변화량 ΔΦ = 0.5 − 0.1 = 0.4 Wb.

V = N·ΔΦ/Δt에 N=1, Δt=0.2를 넣는다.

V = 1 × 0.40.2 = 2 V

▸ 2 V

변화량(Wb)을 시간(s)으로 나누는 것이 핵심: 자속 자체가 아니다.

예제 2

100번 감은 코일을 지나는 자속이 0.01초 동안 0.02 Wb 변할 때 유도 기전력의 크기를 구하시오.

감은 수 N=100을 곱한다.

V = N ΔΦΔt

V = 100 × 0.02/0.01.

V = 100 × 2 = 200 V

▸ 200 V

감은 수 N을 빠뜨리면 답이 N배만큼 작아진다.

총정리

핵심 정리

Φ = B A, V = N ΔΦΔt

자속은 B×A, 유도 기전력은 감은 수 × 자속 변화율

2021 수능 과학탐구(물리Ⅰ) 유형 변형

200번 감은 코일을 지나는 자속이 0.1초 동안 0.3 Wb 균일하게 변할 때 유도 기전력의 크기는?

①60 V

②200 V

③300 V

④600 V

⑤900 V

▸ ④ 600 V

V = N·ΔΦ/Δt에 N=200, ΔΦ=0.3, Δt=0.1.

V = 200 × 0.30.1

계산한다.

V = 200 × 3 = 600 V

🎯 시험 포인트

①자속 Φ = BA

②패러데이 V = N·ΔΦ/Δt (감은 수 N 필수)

③렌츠 법칙: 변화를 방해하는 방향

④자속이 일정하면 유도 전류 0

⑤V는 변화율에 비례: 빠를수록 크다