[안현정 선생님의 과학은 껌이다] Part 08.발전기와 전동기

안녕하세요. 과학 교육 전문가 안현정 입니다. 이번 시간에는 발전기와 전동기의 작동 원리와 이용 사례에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

발전기와 전동기

발전기와 전동기의 구조는 아주 유사하지만 에너지 전환은 반대로 일어나게 됩니다.
전동기는 자기력을 이용해 전기 에너지를 역학적 에너지로 바꾸게 되는 반면, 발전기는 전자기 유도를 이용해 역학적 에너지를 전기 에너지로 전환될 수 있도록 합니다. 이때 역학적 에너지란 물체의 운동 상태에 따라 결정되는 운동에너지로써 기계적 에너지라고도 합니다.


① 전동기 : 전기에너지 → 전동기 → 역학적 에너지
         (자기력 이용)
② 발전기 : 역학적 에너지 → 발전기 → 전기에너지
         (전자기 유도 이용)


제2의 페달 전기 자전거

날씨가 따뜻해지면서 최근에는 자전거를 타고 다니는 사람들을 많이 볼 수 있습니다. 친환경적인 이동 수단으로 많은 사람들에게 사랑 받는 이동 수단으로 이용되어 왔습니다. 하지만 사람의 힘을 이용함으로써 태생적인 한계가 있어 장거리 주행은 무리가 있었습니다. 그러나 자전거에 전동기를 추가해 주행 능력을 상승시키는 움직임이 점차 늘고 있습니다.

전기 자전거의 작동 원리

전기 자전거는 인력으로 구동되는 자전거에 전동기와 그리고 배터리를 추가하여 작동합니다. 전기 자전거는 평소에는 일반 자전거와 다를 바 없지만 언덕을 오르거나 속력을 낼 때와 같이 많은 힘을 써야할 때 빛을 발합니다. 사람의 힘으로 페달을 밟는 것을 보조해주는 방식과 페달을 굳이 구르지 않아도 오토바이처럼 핸들, 혹은 단추를 누름으로 전동기를 작동 시키는 방식이 있습니다. 또 전기 자전거의 전조등은 페달을 밟아서 발전하여 전조등을 작동 시킵니다.


전기 자전거의 장점

1. 화석 연료 사용을 하지 않으므로 탄소 배출량이 없음
2. 교통 체증을 벗어날 수 있음
3. 운동으로 인한 건강 증진 효과 


사람과 닮은 로봇 휴머노이드

현재 로봇은 다양한 종류로 발전했습니다. 로봇청소기, 로봇애완견 등을 예로 들 수 있겠습니다. 하지만 로봇하면 바로 떠오르는 것이 휴머노이드 입니다. 이러한 휴머노이드의 2족 보행을 가능하게 만든 것은 바로 모터의 소형화가 가능했기 때문입니다. 로봇에 쓰이는 모터는 응답 속도가 빠르고 정확한 제어가 가능한 모터입니다. 코일이 감겨있는 일반 모터와 다르게 수많은 기어와 톱니바퀴가 들어 있고, 이를 제어하기 위한 회로가 내장 되어 있습니다.

1. 모터는 사람에 비유하면 관절에 해당 되므로 많을수록 부드러운 움직임 가능.
2. 사람의 움직임을 기계적으로 표현하려면 팔, 다리, 어깨 등의 각도 및 무게 중심까지 고려해야 함.
3. 상당한 시간과 노력이 들어가기 때문에 더욱 많은 연구 필요.

우리가 교과서에서 배운 내용을 좀 더 깊게 공부하며 과학의 즐거움도 느끼고 탄탄한 실력도 함께 만들 수 있는 기회가 되었길 바랍니다. 앞으로 더욱 알차고  내용으로 인사드리겠습니다.

출처= 이투스me 안현정 강사​​
동아닷컴 교육섹션 정민아 기자 mina@donga.com