전자유도
이 현상은 1831년 페러데이(Faraday)가 처음 발견한 것인데, 전기회로와 쇄교 하고 있는 자속이 변화할 때, 또는 한 회로의 일부 도체(폐회로가 된 전선의 한 부분)와 자속이 상호운동에 의하여 도체가 자속을 끊을 때 그 전기 회로에 기전력이 유기된다. 이 현상을 전자유도작용이라고 합니다. 이때의 기전력을 유기기전력(induced electromotive force)이라고 한다.
플레밍의 법칙
플레밍의 왼손법칙
자계내에 전류가 흐르고 있는 도체를 놓아두면 여기에는 전자력이 작용하는데요. 식은 다음과 같습니다.
F=Bli [N]
쉽게 설명하자면, 자계 중에 도체에 전류를 흘리게 되면 F의 방향으로 힘(전자력)이 생긴다는 말입니다. 이때 자속밀도 B [wb/m^2], 도체의 길이 l [m], 흐르는 전류 i [A], 왼손가락중 엄지는 전자력(힘) F, 자속밀도 B, 중지는 전류 i입니다.
플레밍의 오른손법칙
자계 중에 도체가 v인 속도로 운동하였을 때, 도체에 기전력이 유도된다는 법칙입니다.
이때 운동방향 v [m/s], 자속밀도 B [wb/m^2], 기전력 e [V]입니다.
이 두 법칙을 가지고 얘기해 보자면 왼손법칙에 의하여 자계에 전류가 흐르고 있는 도체를 놓아두면 도체는 힘의 방향으로 이동을 하고, 이 도체는 오른손 법칙에 의하여 힘의 방향으로 이동을 하게 되면 도체에 기전력이 유도된다. 이때 도체의 운동 방향과 전자력은 반대방향으로 작용한다. (예를 들어 건전지를 연결한 폐회로를 접속시킨 원통형 코일에 자석을 전후진 시켜주는 실험을 하게 되면 검류계 바늘이 +-,-+로 바뀌면서 움직일 것입니다.)
패러데이(Faraday)의 법칙 - 오른나사법칙
패러데이도 많은 업적을 남겼는데요. 그중에 많이 쓰이는 오른나사법칙이 있습니다. 변압기를 이해하기 위해서 알아두시면 좋을 것 같은데요. 아래 그림과 같이 코일이 같은 방향으로 감겨 있을 때, 스위치를 닫았다 여는 순간 검류계의 바늘이 움직입니다. 스위치를 닫고 있는 중이거나 여는 중일 때에는 변화가 없다가 열고 닫는 순간에 검류계가 변한다는 것입니다.
왼쪽에서 생긴 자속이 오른쪽의 코일을 쇄교 할 때 오른쪽은 왼쪽코일의 자속을 방해하는 방향의 자속을 만들어 기전력을 얻고, 전류의 방향도 반대가 됩니다.
이것이 패러데이 법칙입니다. 방향이 반대인 기전력이 발생이 되므로 부호는 -로 표시하고, 역기전력이라 읽습니다.
위의 그림은 이해가 빠르게 끔 두 개짜리일 때를 그렸습니다. 위 그림은 변압기 유도작용을 생각하시면 되겠습니다.
한 개일 때는 아래와 같습니다.
권수(코일을 감은 수)가 N인 코일에 쇄교 하는 자속ϕ이 변화하면 이 코일에는 기전력 e가 유기된다.
e=-N*dϕ/dt
다시 말해 자속을 방해하는 방향으로 기전력이 생겨 역기전력 및 -부호로 표시합니다. 자속의 변화가 없다면 기전력은 생기지 않습니다. 변화가 있어야 기전력이 생기고, 그 변화의 반대로 자속이 생기게 됩니다. 그래서 오른손으로 따봉을 했을 때에 엄지손가락은 자속의 방향을 나타내고, 나머지 원통을 감는 손가락은 전류의 방향을 나타냅니다. 또는 엄지손가락이 전류의 방향을 나타내고 나머지 손가락이 자속의 방향을 나타낼 수도 있습니다.
오늘은 전자유도작용, 플레밍의 오른손, 왼손법칙, 패러데이의 오른나사법칙을 알아보았는데요.
가끔씩 이론이 어려울 때가 있는데, 저는 이해가 안 될 때에는 법칙은 법칙이기 때문에 하늘에서 비가 내리는 것과 같이 당연하게 생각하려고 합니다.
다음에도 다시 오도록 하겠습니다.