고등학교 1~2학년 (15-17세)

물리학I 자기장과 전자기 유도

코일을 지나는 자속 Φ 가 변하는 동안에만 코일에 기전력이 생기고, 자속이 일정하게 머물러 있으면 아무리 센 자석이 곁에 있어도 전류는 흐르지 않아요. 기전력의 크기는 자속이 얼마나 빨리 변하는지, 곧 Φ-t 그래프의 기울기 ΔΦ/Δt 에 감은 수 N 을 곱한 값으로 정해져요. 자석을 코일 쪽으로 빨리 밀거나 코일을 빨리 돌릴수록 기울기가 커지는데, 발전기와 변압기도 이 원리로 작동해요. 슬라이더로 자속 변화율을 바꾸면 그래프의 기울기와 100 번 감은 코일의 기전력이 함께 바뀌어요.

자속이 변할 때만 기전력이 생긴다

자속 변화율 ΔΦ/Δt2 Wb/s

👀 그래프 읽기

①파란 직선은 시간에 따라 늘어나는 자속 Φ 이고, 그 기울기가 자속 변화율 ΔΦ/Δt 다

②주황 점선 삼각형에서 가로는 0.1 s 부터 0.3 s 까지의 Δt = 0.2 s 이고, 세로는 그동안 늘어난 자속 ΔΦ 다

③기울기가 두 배가 되면 유도 기전력 V = N × ΔΦ/Δt 도 두 배가 된다

④변화율을 0 으로 두면 직선이 가로축에 눕고, 자속이 변하지 않으니 기전력도 0 이다

자속과 패러데이 법칙

자속

Φ = B A

코일 면에 수직인 자기장 B 와 코일 면적 A 의 곱으로, 코일 면을 수직으로 꿰뚫는 자기력선의 양이다(단위 Wb)

패러데이 법칙

V = N ΔΦΔt

유도 기전력의 크기는 감은 수 N 과 자속 변화율 ΔΦ/Δt 의 곱이다. 값을 정하는 것은 자속의 크기가 아니라 자속이 변하는 빠르기다

렌츠 법칙: 전류의 방향

🧲 변화를 거스르는 방향

①유도 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다(렌츠 법칙)

②자속이 늘고 있으면 그 증가를 억누르는 쪽으로, 줄고 있으면 감소를 메우는 쪽으로 자기장이 생긴다

③자석의 N 극을 코일에 밀어 넣으면 가까운 코일 끝이 N 극이 되어 자석을 밀어내고, 빼내면 그 끝이 S 극이 되어 자석을 끌어당긴다

④방향이 반대라면 변화가 스스로 커지면서 에너지가 저절로 생겨나므로, 렌츠 법칙은 에너지 보존과 맞물려 있다

예제

예제 1

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

자속 변화량은 ΔΦ = 0.5 − 0.1 = 0.4 Wb 다.

V = N·ΔΦ/Δt 에 N = 1, Δt = 0.2 s 를 넣는다.

V = 1 × 0.40.2 = 2 V

▸ 2 V

처음 자속 0.1 Wb 나 나중 자속 0.5 Wb 를 그대로 시간으로 나누면 틀린다. 기전력을 정하는 것은 변화량 0.4 Wb 다.

예제 2

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

코일을 100 번 감았으므로 감은 수 N = 100 을 곱한다.

V = N ΔΦΔt

자속 변화율은 ΔΦ/Δt = 0.02/0.01 = 2 Wb/s 다.

V = 100 × 2 = 200 V

▸ 200 V

감은 수 N 을 빠뜨리면 2 V 가 나오는데, 이는 정답의 1/100 에 그친다.

정리

핵심 정리

Φ = B A, V = N ΔΦΔt

자속은 B × A 이고 유도 기전력은 감은 수와 자속 변화율의 곱이며, 유도 전류는 그 변화를 방해하는 방향으로 흐른다

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/Δt 에 N = 200, ΔΦ = 0.3 Wb, Δt = 0.1 s 를 넣는다.

V = 200 × 0.30.1

자속 변화율은 3 Wb/s 이고, 여기에 감은 수 200 을 곱한다.

V = 200 × 3 = 600 V

🎯 시험 포인트

①자속은 Φ = BA 이고 단위는 Wb 다

②패러데이 법칙 V = N·ΔΦ/Δt 에서 감은 수 N 을 빠뜨리지 않는다

③Φ-t 그래프의 기울기가 자속 변화율이라, 기울기가 클수록 기전력이 크다

④자속이 커도 일정하면 기울기가 0 이라 유도 전류가 없다

⑤렌츠 법칙에 따라 유도 전류는 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다

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전류와 저항

등속 원운동

마지막 수정 2026-10-17

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