전자기 유도 현상이란?

전자기 유도현상이란?

한국전력 2015년 11월 18일 13시 38분 댓글확인 (0)

전자기 유도 현상이란?

▲ 출처 :　http://blog.khnp.co.kr/blog/archives/2756

19세기 과학자들은 '전류가 흐를 때 그 주위에 자기장이 생긴다면 자기장을 변화시켜 도선에 전류가 흐르게 할 수는 없을까?'라는 의문을 갖습니다. 그러다 1831년　영국의 물리학자 ‘패러데이’는 실험을 통해 도선 주위의 자기장의 변화가 도선에 전류를 발생시킨다는 '전자기 유도 법칙'을 발표하였습니다.

'전자기 유도 현상'은 코일과 자석이 상호간에 상대적인 운동을 하게 되면 따로 전지를 연결하지 않아도 자석의 운동만으로 자기장이 형성되고 따라서 코일에 전류가 흐르게 되는 현상을 말합니다. 이때 자기장은 많은 유도선으로 이루어져 있고 이러한 면적을 통과하는 유도선 다발을 자기력선속이라 합니다.

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그렇게 발생한 전류를 유도 전류라고 하고 반드시 코일과 자석간의 상호운동이 있어야만 발생하며 코일 속이라도 정지 상태에서는 발생하지 않습니다. 유도 전류세기는 코일에 도선을 많이 감을수록, 자기력선속의 시간적 변화율이 클수록, 즉, 코일 또는 자석의 운동이 빠를수록 증가합니다. 그리고 코일 양끝에서 발생한 기전력을 유도 기전력이라고 합니다.

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또한 수식으로는(n: 도선의 감은 수 시간, ΔΦ: 자기력선속 변화, Δt: 시간변화)으로 나타내며 유도 기전력은 코일을 통과하는 자기력 선속의 시간적 변화율과 감긴 코일의 수에 비례한다는 뜻입니다. 

여기에다가 1834년 독일의 과학자 렌츠는 패러데이의 전자기 유도 법칙을 더욱 자세히 연구하여 '렌츠의 법칙'을 발표하게 됩니다. 렌츠의 법칙은 전자기 유도의 방향에 관한 법칙인데요. 렌츠는 전자기 유도에 의해 만들어지는 전류는 자기력선속(자속)의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 것을 알아냈습니다.

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왼쪽그림과 같이 자석의 N극을 코일에 가까이 접근시키면 코일을 지나는 자기력선속이 증가하므로, 유도 전류는 자기력선속이 증가하는 것을 방해하기 위해 B에서A로 흐르게 됩니다.

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반면에 오른쪽그림과 같이 자석의 N극이 솔레노이드에서 멀어지면 솔레노이드 내부를 지나는 자기력선속이 감소하므로, 유도 전류는 자기력선속이 감소하는 것을 방해하기 위해 A에서 B로 흐르게 됩니다.

이러한 ‘전자기 유도 현상’은 현재 실생활에 사용되고 있는 예시가 굉장히 많습니다. 전동칫솔에서 처음 적용됐고 최근에는 휴대전화 등의 가전기기에 전기를 무선으로 공급하기 위해서 시도되고 있습니다. 이 무선충전방식은 충전패드안의 1차코일에 전류를 흘러 자기장을 발생하면 스마트폰에 내장된 2차코일에 자기장의 변화가 생기면서 전류가 흘러 충전이 되는 방식입니다.

이외에 대표적으로 발전기, 변압기, 금속 탐지기, 도난 방지기 등에도 전자기 유도 현상을 이용하고 있습니다. 그 중 변압기의 작동 원리를 알아보면 위 그림과 같이 1, 2차 코일을 철심의 양쪽에 감았을 때 왼쪽의 1차 코일에 전류를 흘리면 그 전류에 의해 1차측 철심에 자속이 발생하고 이 자속은 철심을 통해 2차 코일을 쇄교하게 됩니다. 이때 2차 코일의 내부 철심에서는 1차 코일에 의한 자속의 변화를 방해하는 방향으로 자속이 발생하고 이 자속에 의해 2차 코일에 기전력이 발생하여 유도전류가 흐르게 되는 것입니다.

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이처럼 말만 어려운 ‘전자기 유도 현상’은 우리 실생활 곳곳에 퍼져서 활용되고 있으며 우리 생활에 꼭 필요한 전기를 만들어내는데도 한 몫을 하고 있는 만큼 ‘전자기 유도 현상’에 대해 잘 알 필요가 있을 것 같습니다! 

출처: http://blog.kepco.co.kr/519 [한국전력공사 블로그 - 굿모닝 KEPCO!]

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