무선 충전기’의 비밀을 파헤치다! 마법의 정체는 ‘자석 캐치볼’
사이언스 트레이너 쿠와코 켄입니다. 매일이 실험이죠.
스마트폰 무선 충전기, 케이블을 꽂고 빼는 수고가 없어서 정말 편리하죠. 그런데 가만히 생각해보면 신기하지 않나요? “케이블도 연결되어 있지 않은데, 어떻게 전기가 전송되는 거지?”
마치 SF 영화에나 나올 법한 이 기술. 그 “보이지 않는 전력 케이블”의 정체를 파헤치기 위해, 이번에는 무선 충전기 한 대를 사서 과감하게 분해해 보기로 했습니다! 그 안에서 이 미스터리를 풀어줄 아주 중요한 부품이 나타났죠.
분명 여러분도 “아하, 이런 원리였구나!” 하고 무릎을 탁 치실 거예요. 자, 그럼 과학의 수수께끼를 푸는 여행을 함께 떠나볼까요!
무선 충전기의 심장부를 들여다보자!
이것이 바로 이번에 분해할 무선 충전기입니다. 아주 흔하게 볼 수 있는, 올려놓기만 하면 충전되는 타입이죠.
먼저 뒷면의 미끄럼 방지 고무를 떼어내보니… 나사 머리가 있네요. 드라이버로 조심스럽게 풀어줍니다.
그리고 드디어 케이스를 엽니다. 짜잔…! 안에서 나타난 것은 회로 기판과 그 중앙에 자리 잡은 동그랗게 말린 구리선. 바로 코일입니다! 이것이야말로 무선 충전의 마법을 가능하게 하는, 핵심 중의 핵심이었던 겁니다.
수수께끼의 힌트는 “사용 설명서”에 있다! 이 코일이 어떻게 전기를 보내는 걸까요? 그 힌트는 의외로 “사용 설명서”의 주의사항에 숨겨져 있었습니다.
다음 상황에서는 정상적으로 충전되지 않을 수 있습니다.
근처에 TV 송신탑, 발전소 등 강한 전파나 노이즈가 발생하는 장소에서 사용했을 경우. 충전 기기가 알루미늄 포일 등 금속이 부착된 카드에 닿아 있을 경우. 충전 기기가 금속 재질의 스마트폰 케이스로 덮여 있을 경우.
산와 서플라이 주식회사. (n.d.). 무선 충전기 (700-WLC002) 사용 설명서. 2024년 6월 12일 확인, https://direct.sanwa.co.jp/contents/torisetsu/700-WLC002_m.pdf
이 주의사항들을 통해 무선 충전이 “전자기” 현상을 이용한 매우 민감한 기술이라는 것을 알 수 있죠. 특히 금속에 약한 것 같습니다. 대체 왜일까요?
마법의 정체는 “자기력 캐치볼”
무선 충전의 원리는 과학 시간에 배우는 “전자기 유도”라는 현상을 응용한 것입니다. 이것은 유명한 과학자 패러데이가 발견한 원리로, 간단히 말해 “자석의 힘을 변화시키면, 코일에 전기가 발생한다”는 것입니다.
무선 충전은 이것을 다음과 같이 활용합니다.
보내는 쪽 (충전기): 충전기 코일에 전기가 흐르면, 주변에 변화하는 자기장(자력)이 발생합니다. 이것이 바로 “공을 던지는” 동작입니다.
받는 쪽 (스마트폰): 그 자기장 안에 스마트폰을 올려놓으면, 스마트폰 내부의 코일이 자기장의 변화를 포착해 전자기 유도에 의해 전기가 만들어집니다. 이것이 “공을 받는” 동작입니다.
이렇게 만들어진 전기를 사용해 배터리가 충전되는 것이죠. 말 그대로, 충전기와 스마트폰 사이에서 “자기력 캐치볼”이 이루어지고 있는 겁니다. 케이블이 없어도 전기를 보낼 수 있는 비밀은 눈에 보이지 않는 자기력에 있었던 거죠.
설명서에서 “금속 케이스”가 안 된다고 한 이유는 이 자기력 캐치볼을 금속이 방해하기 때문입니다. 금속이 있으면 자기장의 에너지가 열로 바뀌어버리거나 해서 스마트폰에 제대로 전달되지 않게 되는 거죠.
스마트폰 안에도 역시 “파트너”가 있었다!
“그럼 스마트폰 안에도 코일이 들어 있는 거야?” 네, 맞습니다! 물론 비싸니까 제 스마트폰을 분해할 수는 없지만, 스마트폰 분해 리포트로 유명한 사이트 “iFixit”을 한번 볼까요?
iFixit. (2019). iPhone 11 Pro Max 분해. 2024년 6월 12일 확인, https://www.ifixit.com/Teardown/iPhone+11+Pro+Max+Teardown/126000
보세요, 바로 이겁니다! 스마트폰 내부에도 충전기와 짝을 이루는 코일이 제대로 내장되어 있습니다. 이 두 개의 코일이 한 쌍이 되어야만 무선 충전이 이루어지는 겁니다. 충전기를 “중앙에 놓아야 한다”는 이유도, 캐치볼 상대방의 위치가 어긋나면 공을 제대로 받을 수 없는 것과 마찬가지라고 생각하면 이해하기 쉽죠.
그리고 이 원리, 사실은 교통카드와 완전히 똑같은 원리입니다. 교통카드의 경우, 단말기에서 나오는 순간적인 에너지로 정보를 주고받고, 무선 충전은 지속적으로 에너지를 보내 충전합니다. 목적은 다르지만, 근본적인 과학 원리는 같다는 점도 흥미로운 발견입니다.
함께 이 교통카드를 열어봤다!는 기사도 꼭 읽어보세요.
평소에 아무 생각 없이 사용하던 편리한 기술도, 분해해서 속을 들여다보면 선조들의 지혜와 과학의 기본 원리가 담겨 있다는 것을 알 수 있습니다. 여러분 주변에도 그런 “과학의 마법”이 숨어 있을지도 모릅니다.
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