스위치를 꺼도 멈추지 않는다！센서로 포착한 코일 전기진동의 정체 (EasySense V-Hub)
사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일이 실험입니다.
스위치를 끄는 순간 전류는 0이 되어야 할 것 같습니다. 하지만 실제로는 그렇지 않습니다. 코일은 흐르던 전류를 쉽게 놓아주지 않습니다. 마치 끝까지 전류를 유지하려는 것처럼 전압이 격렬하게 진동하기 시작하죠. 이번에는 이런 ‘고집 센 코일’의 모습을 센서를 이용해 눈으로 확인할 수 있는 시연 실험을 소개합니다.
실험 회로와 준비
센서를 이용해 전기 진동의 모습을 관찰하는 실험입니다. 아래와 같은 회로를 구성한 뒤 코일에 전류를 흘려주고, 스위치를 갑자기 끕니다. 그 순간 코일 양단의 전압을 전압 센서로 측정합니다. 사용한 장비는 EasySense V-Hub입니다.
센서 설정은 다음과 같습니다. 수동 설정에서 측정 시간은 200ms(100ms도 가능), 샘플링 속도는 약 2000으로 맞추고, 시작 조건도 함께 지정해 두었습니다.
실험을 해보니… 아름다운 파형이 나타났다!
실제로 실험을 진행해 보았습니다. 아래 영상을 확인해 보세요.
스위치를 끈다고 해서 전류가 즉시 0이 되지는 않습니다. 코일의 영향으로 전압이 계속 변동하는 모습을 확인할 수 있습니다. 그리고 그 파형이 정말 아름답습니다. 마치 교과서에서 보던 것처럼 깔끔한 삼각함수 형태의 파동이 나타납니다.
이것이 바로 자기유도 현상입니다.
전류가 갑자기 변하려고 하면 코일은 그 변화를 방해하는 방향으로 기전력을 만들어 냅니다. 마치 “갑자기 멈추지 마!”라고 말하는 것과도 같습니다. 이러한 성질은 코일이 가진 인덕턴스 때문이며, 회로에서 축전기와 결합하면 ‘LC 회로’를 이루어 전기 진동을 만들어 냅니다. 라디오가 특정 주파수의 방송을 선택해 수신할 수 있는 것도 바로 이 전기 진동의 원리를 이용하기 때문입니다.
코일 위에 철을 올리면… 주기가 달라진다
코일 위에 철을 올려 자기 인덕턴스를 변화시키면, 아래와 같이 진동의 주기도 달라집니다. 파동 사이의 간격, 즉 주기가 변하는 것을 확인할 수 있을까요? 인덕턴스가 커질수록 전기 진동은 더욱 천천히 일어납니다. 이는 무거운 진자가 더 느리게 흔들리는 현상과 비슷한 원리입니다. 전기의 세계에도 일종의 ‘질량’에 해당하는 개념이 있다고 생각하면, 물리가 한층 더 흥미롭게 느껴지지 않나요?
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