안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정입니다.
빠르게 요금을 내고 통과하는 고속도로의 하이패스, 버스에 타며 찍는 교통카드, 물건을 살 때 붙어있는 도난방지 택, 물건을 결제하는 신용카드까지. 어떠한 코드도 전원도 연결되지 않는데 어떻게 요금이 정산되고, 도난을 방지할 수 있는지 궁금하지 않나요? 일상생활의 예와 함께 전기와 자기의 비밀스런 관계를 알아봅시다.
[전자기 유도의 발견]
외르스테드는 어느 날 전류 실험을 하던 도중 이상한 현상을 발견합니다. 바로 전류가 흐르는 도선 근처에서 나침반이 자기장의 영향을 받듯이 움직였던 것입니다. 이로써 전류가 흐르면 주변에 자기장을 형서하게 된다는 것을 발견하게 되었습니다.
이 결과는 이듬해 패러데이에게 재미난 호기심을 하나 안겨주었습니다. 바로 ‘ 전류가 자기장을 만든다면, 반대로 자기장으로도 전류를 만들 수 있지 않을까’라는 것입니다. 그 후 패러데이는 여러 실험을 통해 자기장을 움직여 전류를 얻어내는데 성공했습니다. 패러데이의 실험과 이 실험이 오늘날 실생활에 미치는 예가 무엇인지까지 함께 만나봅시다.
패러데이의 실험 : 전자기 유도
[전자기 유도]
: 코일을 통과하는 자기장이 변할 때 코일에 전류가 유도되어 흐르는 현상.
[실험 방법]
1. 원형코일과 검류계가 연결된 장치를 준비한다.
2. 막대자석을 이용하여 자기장을 변화시키며 검류계의 바늘의 이동을 확인한다.
-유도 전류에 의한 자기장의 방향은 자석의 움직임을 방해하는 방향으로 움직인다.
-유도 전류의 방향은 코일을 통과하는 자기장의 변화를 방해하는 방향으로 움직인다.
-자석을 가까이 할 와 멀리할 때 검류계의 바늘의 방향을 통해 교류전류를 확인할 수 있다.
1. N극을 가까이, 멀리 할 때
- N극을 가까이 하는 경우, 코일의 윗부분이 N극으로 유도되어 검류계의 바늘이 오른쪽으로 움직인다.
- N극을 멀리 하는 경우 코일의 윗부분이 S극이 유도되어 검류계의 바늘이 반대방향으로 움직인다.
2. S극을 가까이, 멀리 할 때
-S극을 가까이 하는 경우, 코일의 윗부분이 S극으로 유도 되어 검류계의 바늘이 왼쪽으로 움직인다.
-S극을 멀리 하는 경우 코일의 윗부분이 N극이 유도되어 검류계의 바늘이 반대방향으로 움직인다.
3. 자석을 움직이지 않을 때
- 자기장의 변화가 없기 때문에 유도 전류는 흐르지 않는다.
전자기 유도의 예 - 교통카드
코일에 전류를 흐르게 만드려면 코일 내부에 자석을 움직여 자기장을 변화하게 만들어야하는데, 우리는 움직이는 자석을 이용하는 대신, 카드 속 코일에 직접적으로 교류전기를 흘려보낸다.
이 교류 전기는 교통카드를 찍는 단말기 내에서 지속적으로 흐르고 있다. 계속해서 바뀌는 자기장이 교통카드 속 코일과 들어맞게 되면, 코일 내부에는 전류가 흐르게된다. 이 전류가 반도체 칩 내의 축전기(전기에너지를 저장하는 장치)에 모여지게 되면 이를 이용해 반도체 칩의 정보가 작동하게 된다.
전자기 유도의 예 - 도난 방지 택
의류에 부착되어 있는 상품 택이나 CD류를 감싸고 있는 케이스 내에는 자석이 들어 있다.
자석이 움직임에 따라 생기는 유도 전류를 통해, 도난방지 장치는 소리와 불빛을 발생시킬 수있다.
출처=이투스me 안현정 강사
동아닷컴 교육섹션 정민아 기자 mina@donga.com