2 - 2 - 3. 전자기 유도
[ 전자기 유도 현상 / 패러데이의 법칙 / 렌츠의 법칙 /
[ 전자기 유도 현상 ]
자기장이 변하면 전기가 생깁니다. 반드시 변해야 합니다. 즉, 자석을 코일 주위에서
운동을 시켜야만 전기가 생기는 것입니다. 자석을 코일에 접근시키거나 후퇴시키는
운동을 해주면 자기장의 변화가 생겨서 코일에 전류가 흐릅니다. 그 결과 코일에
연결된 꼬마전구에 불이 환하게 들어옵니다.
전류가 유도되는 이런 현상을 전자기 유도현상이라고 하며 이 때 생긴 전기를 일으킨
힘을 유도기전력이라 하며, 이 때 흐르는 전류를 유도전류라고 합니다.
유도기전력의 크기는 자기장의 변화가 심할수록 커집니다. 아무리 자기장이
강하여도 변하지 않으면 전류가 유도되지 않습니다. 마치 아무리 강한 불빛이라도
가만히 켜있는 것은 멀리서 느끼기가 힘듭니다. 그러나, 그보다 훨씬 작고 약한
불빛이지만 깜박거리면서 밝기가 변하면 멀리서도 쉽게 알 수 있어 배들이
그 등대로 유도되는 것과 비슷한 현상입니다.
자기장이 변해야 전기가 생긴다는 것은 앞에서도 여러번 강조했잖아요.
변하는(운동하는 ) 전기(전류)은 자기장을 만들고 , 운동하는 자석(자기장)은
전기를 만듭니다.
또한 코일을 많이 감을수록 강한 기전력이 생깁니다. 코일이 많다는 것은 그 속에
많은 자유전자가 있다는 말과 같으므로 당연히 전기가 더욱 강하게 발생하는 것이죠.
전기의 근원은 자유 전자라고 했잖아요.
정리해보면 다음과 같습니다.
유도기전력은 자기장의 변화가 클수록 커지며, 코일의 감은 횟수가 많을수록 커집니다.
이것이 그 유명한 패러데이의 법칙입니다.
렌츠의 법칙은 유도전류의 방향을 결정할 때 쓰입니다. 모든 자연의 운동방향은
상대를 방해하려는 쪽으로 작용합니다. 달리는 마라톤선수를 못 가도록 아스팔트는
끊임없이 방해합니다. 이것이 마라톤선수의 운동화 밑바닥과 아스팔트 사이에
작용하는 마찰력이죠.
사촌이 땅을 사면 배가 아프다는 속담은 자연의 법칙을 꿰뚫은 놀라운 말입니다.
인간의 내면 깊숙한 곳에는 남이 잘되기를 바라지 않는 본능이 도사리고 있어
은연중에 남의 성공에 배가 아파오고 남의 실패에 후련함을 느낍니다. 그래서
멍청한 바보같은 개그맨을 보면 속 시원히 웃을 수 있습니다. 그 개그맨은 바보처럼
보이므로 경쟁 상대가 아니어서 아무 긴장감없이 속 시원히 통쾌하게 웃을 수 있죠.
날 때부터 가지고 태어난 생존경쟁의 긴장감은 우리 인간의 숙명입니다. 이 긴장감이
인류를 이렇게 발전시킨 원동력일 것입니다. 경쟁심이 없다면 문명은 멈추는 것이죠.
남의 실패에 기분이 은근히 좋아지는 자신을 이상하게 생각지 마십시오. 누구나 다
그래요. 다만, 후천적인 교육의 힘에 의해 본능을 억제하는 척 하고 있을 뿐입니다
자석의 N극이 다가오면 자력선이 코일 쪽을 향해서 막 날아오므로 거기에 대항하기
위해 코일에서는 자석 N극을 향하여 자럭선이 나가도록 전류가 흐르게 됩니다.
못오게 막는 것이죠.즉, 방해하는 것입니다. 상대가 대포를 강하게 쏘면 우리도
강하게 쏠 수밖에 없는 것이죠.
아참, N 극은 자력선이 나오는 곳이고 , S 극은 자력선이 들어가는 곳이란 것은
다 알죠. 앞에서 했잖아요. 기초 중에 생기초이니 잘 알아두세요.
이번에는 N극이 멀어지면 코일쪽으로 날아오는 자력선의 숫자가 감소하므로
이를 방해하기 위해서 코일에서 자석쪽으로 나가던 자력선을 멈추고 오히려
자석에서 코일쪽으로 향하게 하는 자력선이 생기도록 전류가 흐르게 됩니다.
적절한 예를 보고 이해해봅시다.
남학생이 꽃을 들고 열심히 따라올 때는 남학생의 의도와 반대로 한없이 튕기더니
제풀에 꺽인 남학생이 다라나니기를 그만두려고 하면 은근히 미소를 던져 그만
두려는 남학생의 의도와 반대로 행동하는 여학생이 바로 자석에 대항하는 코일과
비슷합니다.
이렇게 반대로 행하는 코일의 심리에 따라 전류가 흐르는 방향이 결정된다는 것이
렌츠의 법칙입니다.
[ 자기장 속에서 움직이는 도선에 생기는 유도 기전력 ]
자기장속에 도선이 가만히 있으면 아무 일이 없습니다. 그러나 도선에 전류가 흐르면
갑자기 도선이 힘을 받아 밀린다고 했잖아요.
그러면 자기장속에 가만히 놓여있는 도선을 슬쩍 당겨보면 어떤 일이 생길까요.
당기는 것은 힘을 가하는 것입니다. 그러면 도선은 당기는 것에 반발하여 안 끌려
오려고 합니다 그럴려면 도선에 전류가 생겨야 합니다.
도선에 전류가 흐르면 힘이 생긴다고 했잖아요. 도선이 안 끌려가려고 버티는 힘이
생기려면 당연히 도선에 전류를 흐르게 하는 방법밖에 없습니다.
희안하게도 똑똑한 도선은 어느새 전류를 만들었습니다. 이것도 유도기전력이죠.
당기는 힘에 버텨야 하므로 당기는 쪽과 반대방향으로 힘이 생기도록 유도 전류가
흐르게 됩니다.
이때 유도기전력의 크기는 자기장이 강할수록 크고, 당기는 속도가 클수록 크며,
도선의 길이가 길수록 큽니다. 앞에서 다 했잖아요. 식으로 써보면 다음과 같습니다.
유도기전력 = 자기장의 세기(B) x 도선의 길이(l) x 당기는 속도(v)
V = B l v