2026年10月29日 / Last updated : 2026年10月29日 桑子 研 Science

올려놓기만 해도 충전되는 이유는? 코일과 자기장으로 풀어보는 무선 충전의 비밀

사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일이 실험!

스마트폰 배터리가 곧 꺼질 것 같은데! 하필 라이트닝 케이블은 어디에도 안 보이고…. 이런 위기의 순간에 무선 충전기가 슬쩍 놓여 있다면, 저도 모르게 “살았다!” 하고 외치고 싶어지죠.

그런데 가만히 생각해 보면 참 신기합니다. 케이블로 연결된 것도 아닌데, 그냥 올려놓기만 했을 뿐인데 어떻게 전기가 전달되는 걸까요?

마치 마법 같지만, 사실 이것은 약 200년 전에 발견된 어엿한 물리 법칙으로 설명할 수 있습니다.

무선 충전기 속을 들여다볼까요?

무선 충전기를 분해해 보면 안에 코일이 들어 있습니다.

사실 스마트폰 쪽에도 똑같이 코일이 들어 있습니다. 이쪽은 분해했을 때의 모습이에요.

전기를 보내는 쪽과 받는 쪽, 이렇게 두 개의 코일이 마주 보고 있기에 무선 충전이 가능한 것입니다. 이 무선 충전의 비밀에 다가가는 수업을 교육실습생 I 선생님과 함께 구상해 보았습니다. 스스로 생각해 볼 장면이 가득해서, 아주 재미있는 수업이 되었다고 생각해요.

실험에 사용한 도구

준비물은 다음과 같습니다.

테스터, 파스칼 전선(굵은 코일이라고 부르겠습니다), 에나멜선을 묶은 것(가는 코일이라고 부르겠습니다), 그리고 전원 장치입니다.

파스칼 전선은 다음 제품을 구입했습니다.

후지전선공업 VCTF 0.3sq×6심 후지전선공업 VCTF 0.3sq×6심

이번에는 6심짜리를 사용했습니다. 1m씩 잘라서 양 끝 도선의 연결 위치를 하나씩 어긋나게 이어 주면, 6바퀴를 도는 코일이 완성됩니다. 다시 말해 6m 길이의 도선을 코일로 만든 셈이죠.

전류를 3A까지 흘려도 뜨거워지지 않아 안전합니다.

파스칼 전선에 대해서는 이쪽을 참고해 주세요.

1本で10本分!?「30アンペア級」の磁場を体験できるパスカル電線（S-cable）

전기를 보내는 쪽과 받는 쪽 만들기

굵은 코일은 전원 장치의 직류에 연결하고, 3A까지 흘려도 된다고 학생들에게 알려 줍니다. 이것이 충전기(급전 쪽)의 모형입니다.

반면 가는 코일은 테스터에 연결해서 스마트폰 쪽(수전 쪽)으로 삼습니다. 테스터는 직류 전류 측정 모드로 맞추고, 마이크로암페어(μA)라는 아주 작은 전류까지 잴 수 있게 했습니다.

전류가 흐르는 건 “올려놓는 순간”뿐?

굵은 코일 위에 가는 코일을 올려 보면, 전류가 계속 흐르지는 않고 올려놓는 바로 그 순간에만 테스터 바늘이 움직이며 전류가 흐르는 것을 알 수 있습니다. 이 실험을 시연 실험으로 학생들에게 보여 주었습니다.

하지만 올려놓은 뒤에 전류가 흐르지 않는다면 무선 충전이라고 할 수 없겠죠. 그래서 “상대 코일에 전류를 계속 흘리려면 어떻게 해야 할까?”를 학생들에게 생각해 보게 하고, 가설을 세운 다음 직접 해 보도록 했습니다.

학생들의 톡톡 튀는 도전

학생들은 정말 다양한 방법을 시도했습니다. 예를 들어 전류 3A를 흘린 굵은 코일 위에 가는 코일을 올려놓고 위아래로 움직이는 모둠이 있었고, 수평으로 움직여 보는 모둠도 있었습니다.

그 밖에도 코일을 빙글빙글 돌려 보거나 움직이는 속도를 바꿔 보기도 했는데, 어느 모둠이든 “움직이는 동안에는 전류가 계속 흐른다”는 것을 확인했습니다. 코일을 움직이면 코일을 통과하는 자기장이 계속 변하기 때문이에요.

이 결과를 반 전체가 함께 공유했습니다.

나온 의견들입니다.

・가는 코일을 가까이 댔다가 멀리 떼었다가 한다.

・다이얼을 계속 돌린다(ON과 OFF를 번갈아 바꾼다).

・굵은 코일을 가는 코일 안에서 회전시킨다.

참고로 ON과 OFF를 갑자기 전환하면 전원 장치가 고장 날 수도 있어서, 다이얼을 천천히 돌려서 끄고 켜도록 지시했습니다.

그렇다고는 해도, 실제 무선 충전에서는 스마트폰을 손으로 계속 움직이고 있을 수는 없죠. 그렇다면 코일을 움직이지 않고도 자기장을 계속 변하게 하려면 어떻게 해야 할까요?

이것이 새로운 질문입니다.

교류 전원으로 바꾸면…?

반에서 아이디어를 나누자 “교류로 바꾸면 되지 않을까요?”라는 의견이 나왔습니다. 그럼 바로 해 봐야죠! 교류는 전류의 방향이 1초에 수십 번씩 바뀌는 전기입니다. 방향이 바뀔 때마다 자기장도 함께 바뀌기 때문에, 코일을 움직이지 않아도 자기장을 계속 변하게 할 수 있습니다.

전압은 2V입니다. 코일을 가까이 대 보면 정말로 전류가 계속 흐르는 것을 알 수 있어요. 테스터를 교류 전류 측정 모드로 바꾸면 꽤 많은 양이 흐르고 있다는 것도 확인할 수 있습니다.

조금 떨어뜨려도 전류가 흐릅니다.

게다가 사이에 손을 넣어도 전류가 흐릅니다! 자기장은 우리 몸을 그대로 통과해서 전달되는 거예요.

“우와, 대박!” 하는 학생들의 감탄이 여기저기서 들려왔습니다.

“자기장”이라는 말로 원리를 설명해 보자

마지막으로, 무선 급전의 원리에 대해 학생들에게 다시 한번 생각해 보게 했습니다. 이때 꼭 강조한 것이 “자기장”이라는 말을 넣어서 설명해 달라는 것이었어요. 학생들은 머리를 싸매고 고민하면서 자기 생각을 정리해 나갔습니다.

덧붙이자면, 이 전자기 유도의 원리는 무선 충전뿐 아니라 전동 칫솔 충전, 인덕션 레인지, 교통카드 같은 우리 주변의 다양한 곳에서 활약하고 있습니다.

이건 별도로 해 본 실험인데, 상호 유도로 LED를 켜 보았습니다.

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