배터리도 없는데 바늘이 움직인다고? 코일과 자석의 신기한 실험 (전자기 유도 실험)
사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일매일이 실험!
건전지도, 콘센트도 연결하지 않았는데 자석을 코일에 가까이 가져가기만 하면 전류가 흐릅니다. 몇 번을 봐도 저도 모르게 “어?” 하는 소리가 나오는 현상이죠. 바로 전자기 유도입니다. 코일에 자석을 가까이 가져가면 전류가 흐르고, 멈추면 전류도 멈추고, 다시 멀어지면 또 전류가 흐릅니다. 손을 움직인 에너지(운동 에너지)가 전기 에너지로 바뀌다니, 정말 신기하지 않나요? 이번에는 이 전자기 유도를 직접 체험해 볼 수 있는 실험 방법을 소개해 드릴게요.
먼저 선생님의 시범 실험부터!
먼저 교사가 시범 실험을 보여 주었습니다. 사용한 것은 파스칼 전선입니다. 파스칼 전선에 검류계(아주 약한 전류를 알아내는 기구)를 연결하고, 전선 쪽으로 자석을 가까이 가져갔다가 멀리 떼어 봅니다.
이번에는 파스칼 전선을 빙글빙글 감아 코일 모양으로 만든 다음, 똑같이 실험해 봅니다. 전선 한 가닥일 때와 코일로 만들었을 때, 검류계 바늘이 움직이는 모습에 어떤 차이가 생기는지 잘 살펴보세요.
이번엔 학생 실험에 도전!
이어서 학생들이 직접 손으로 실험해 보았습니다.
준비물
・파스칼 전선
・코일
・막대자석
・검류계
순서
１ 코일에 자석을 가까이 가져갔다가 멀리 떼면서 검류계 바늘의 움직임을 관찰한다
２ 자석을 움직이는 방법을 바꿔 가며 실험한다(빠르게 움직이기, 천천히 움직이기)
３ 코일의 감은 수를 바꿔 가며 같은 방법으로 실험한다
４ 자석을 2개 겹쳐서 같은 방법으로 실험한다
실험에서 확인해 볼 포인트
실험할 때는 다음 점에 주목해 보세요.
자석을 가까이 가져갈 때와 멀리 뗄 때, 바늘이 움직이는 방향은 어떻게 될까요? 일반적으로 방향이 반대가 됩니다. 또 자석을 멈추면 바늘은 0으로 돌아옵니다. 전류가 흐르는 것은 코일 속 자기장(자석의 힘이 작용하는 공간)이 변하는 동안뿐이거든요.
자석을 빠르게 움직이면 바늘이 크게 흔들립니다. 자기장의 변화가 급할수록 흐르는 전류(유도 전류)가 커지기 때문입니다. 코일의 감은 수를 늘리거나, 자석을 2개 겹쳐 자력을 세게 만들어도 바늘의 움직임이 커집니다. 먼저 결과를 예상해 본 뒤에 실험하면 결과가 훨씬 더 재미있게 느껴질 거예요.
우리 주변에서 활약하는 전자기 유도
이 원리는 우리의 일상을 떠받치고 있습니다. 발전소의 발전기는 자석과 코일의 상대적인 움직임으로 전기를 만들어 냅니다. 자전거 다이너모(발전기), 카드를 갖다 대서 쓰는 IC 카드 전자화폐, 스마트폰 무선 충전에도 전자기 유도의 원리가 쓰이고 있습니다. 과학실의 작은 실험이 사회의 커다란 시스템으로 이어지고 있는 셈이죠.
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