본문/내용
[1] 목적
전류가 흐르는 원형 도선의 자기장을 관찰하고, 자기장과 전류와의 관계. 자기장과 거리와의 관계를 검토한다. 또 이 원형 도선에 외부 자기장을 가하여 이를 변화시키면, 유도기전력이 발생함을 관찰한다.
[2] 원리
?자기장 (magnetic field)
개요 : 자극 주위나 전류가 지나는 도선 주위에 생기는 자기력이 작용하는 공간.
자계, 자장이라고도 한다. 그 안에 놓은 다른 자극에 힘을 미칠 뿐만 아니라 그 곳을 지나는 전류에도 힘을 미치며, 반대로 자기장 안에서 도체를 움직이면 도체 내에 기전력이 유발된다. 즉, 자극이나 전류에 의해 특수한 성질이 주어지는 공간이다. 전류와 자기장의 이와 같은 상호 작용은 전기현상과 자기현상의 밀접한 관계를 나타내는 것으로, 전동기나 발전기를 비롯하여 많은 전기기기에 널리 이용된다.
자기장의 특징은 자기장 내의 각각의 점이 잠재적으로 지니고 있는 자기력의 세기이다. 이것을 자기장의 세기라고 하며, 단위인 양자하를 자기장 내의 한 점에 놓았을 때 이것이 작용하는 자기력의 크기와 방향을 그 점에서의 자기장의 세기로 정한다. 그 단위는 자하의 단위를 CGS 전자기 단위로 할 때 에르스텟(Oe)을 사용한다. 즉, 1CGS 전자기 단위인 양자하에 대하여 1dyn 의 힘이 미치는 경우에 그 점의 자기장의 세기를 1Oe이라 한다. 이 밖에 전류의 자기 작용에 의해서 정해지는 암페어 횟수/미터 (AT/m) 라는 단위도 있다.
? 전류에 의한 자기장 : 직선으로 된 도선을 흐르는 전류 주위에는 그 도선을 둘러싸는 원형의 자기장이 나타난다. 이 경우 자기장의 방향은 전류의 방향을 오른 나사의 진행 방향으로 할 때 나사가 도는 방향과 같으며, 도선에 대하여 수직으로 d만큼 …
? 전자기유도
1. 전자기유도
① 코일과 자석이 상대적 운동 : 전류가 발생한다.
② 코일과 자석이 상대적 정지 : 전류가 안흐른다.
③ 자석이 코일에 가까이 올 때와 멀어질 때 또는 자석의 극을 바꾸면 유도되는 전류의 방향이 달라진다.
2. 유도 전류의 방향
① 자석의 N극이 코일에 접근할 때 : 자석이 접근하는 쪽은 N극, 반대쪽은 S극이 되는 자기장이 생기도록 유도전류가 흐른다.
② 자석의 N극이 코일에서 멀어질 때 : 접근할 때와 반대방향으로 유도전류가 흐른다.
③ 자석의 S극이 접근할 때 : 접근하는 쪽은 S극, 반대쪽은 N극이 되는 자기장이 생기도록 코일에 유도전류가 흐른다.
④ 코일과 자석의 상대 운동 속력이 빠를 수록 유도 전류(유도 기전력)가 크다.
근할 때 : 자석이 접근하는 쪽은 N극, 반대쪽은 S극이 되는 자기장이 생기도록 유도전류가 흐른다.
② 자석의 N극이 코일에서 멀어질 때 : 접근할 때와 반대방향으로 유도전류가 흐른다.
③ 자석의 S극이 접근할 때 : 접근하는 쪽은 S극, 반대쪽은 N극이 되는 자기장이 생기도록 코일에 유도전류가 흐른다.
④ 코일과 자석의 상대 운동 속력이 빠를 수록 유도 전류(유도 기전력)가 크다.
? 렌츠의 법칙
자석을 코일에 가까이하거나 멀리 할 대 코일에는 자석의 운동을 방해하려는 방향으로 유도전류가 흐른다. 즉 전자기 유도에 의한 유도전류의 방향은 코일을 지나는 자기력선속이 변하는 것을 방해하려는 방향으로 흐르게 된다. 이것을 렌츠의 법칙이라 한다.
물체는 운동 상태를 변하지 않으려는 관심이 있고 화학 평형의 이동에 관한 르샤틀리에의 법칙이 있다. 즉, 물체 또는 물체계의 현상을 변화시킨다면 자연은 이 작용에 적극 반대한다는 것이다. 이와 유사하게 전자기 유도 현상은 코일을 지나는 자기력 선속이 변할 때 이 변화를 방해하는 방향으로 유도 기전력이 생긴다는 것이다. 그림과 같이 자석의 N극을 코일에 가까이 가져가면 코일을 자니나는 자기력선이 증가하게 되는데 이 때 코일에 유도되는 전류에 의한 자기력선은 자석에 의한 자기력선의 증가를 방해하는 방향이 되도록 유도 전류가 흐른다. 이 때 코일을 하나의 자석이 되어 A쪽은 N극, B쪽은 S극의 역할을 한다. 따라서 유도전류는 B→G→A로 흐르게 된다.
? 자기장 속에서 움직이는 도선에 생기는 유도 기전력
1. 자기장에서 운동하는 도선에 생기는 유도 기전력의 크기
그림과 같이 도선 ab를 자석이 만드는 균일한 자기장 속에서 자기장에 수직한 방향으로 끌면 도선 속에 들어 있는 자유 전자도 같은 방향으로 이동하는 것과 같이 된다. 따라서 자기장 속에서 운동하는 전자와 같이 로렌츠 힘을 받게 되므로 도선 내의 자유전자는 b→a 쪽으로 유도 전류가 흐른다.