[기초물리] 3-4 전자기 유도 이용 (20.10.30 추가)

전자기 유도 현상을 이용한 대표적인 기구에는 발전기와 변압기가 있습니다. 그 밖에 도난 방지 장치, 자전거의 전조등, 전화 및 교통 카드, 자기 테이프 등 여러 가지가 우리 생활에 이용되고 있습니다.

1. 퀵보드 바퀴

어린이들이 많이 타고 즐기는 퀵보드는 정지해 있으면 빛을 내지 않다가 움직이면 여러가지 색의 빛을 냅니다. 이것은 바퀴에 소형 발전기가 들어 있기 때문입니다. 퀵보드를 미는 힘이 바퀴에 들어 있는 발전기를 돌려 전기를 만들고, 이 전기가 발광 다이오드를 켜 빛을 내는 것입니다. 퀵보드 바퀴의 구조는 바퀴축에 고정된 영구 자석이 여러 개의 원을 그리며 설치되어 있고 그 주위를 철심에 감긴 코일이 바퀴와 함께 돌아가게 만들어져 있습니다. 바퀴가 돌면 코일이 영구 자석 주위를 돌게 되고, 코일에는 자기장의 변화로 유도 전류가 발생합니다. 이 전류는 코일에 연결된 발광 다이오드에 흐르고, 이를 통해 발광 다이오드에서 빛이 발생합니다.

2. 태블릿 컴퓨터

태블릿 컴퓨터는 키보드 대신에 전자펜이나 터치스크린을 사용하는 휴대용 컴퓨터입니다. 전원을 켠 태블릿 검퓨터에는 전류가 흐르고 있어 표면에 자기장을 만들어 줍니다. 사용자가 컴퓨터 가까이에서 전자펜을 움직이면 전자펜 안에 있는 코일에 전류가 흐릅니다. 이 유도 전류에 의해 발생하는 자기장이 태블릿 컴퓨터에 전기 신호를 유도하게 되고 이 신호에 의해 컴퓨터가 작동합니다.

3. 고속 열차 브레이크

KTX와 같은 고속 열차나 지하철 전동차의 브레이크 손잡이를 작동시키면 열차에 장착된 전자석에 전류가 흐르게 되고, 이때 생기는 자기장의 변화가 레일에 영향을 주어 유도 전류를 발생시킵니다. 이때 생긴 유도 전류에 의한 자기장은 열차의 전자석에 의한 자기장과 반대 방향이 되어서 서로 밀어내는 힘이 제동력으로 작용하게 되는 거죠. 달리던 반대 방향으로 작용하는 제동력은 열차의 속도를 감소시키고, 속도가 줄면서 레일의 유도 전류가 감소되어 열차가 부드럽게 멈추게 됩니다. 놀이공원에 있는 자이로드롭의 경우 사람들이 타고 있는 놀이 기구가 낙하할 때 고속 열차의 제어 시스템과 같은 원리로 지면 가까이에서 부드럽게 정지할 수 있습니다.

4. 인덕션

전기를 열로 바꾸는 것이 전열기이고 자기를 열로 바꾸는 것이 인덕션입니다. 자기장에 의한 유도 전류를 열원으로 이용하는 겁니다. 코일 속에 전기의 양도체인 흑연으로 만든 용기를 넣고 코일에 교류를 흘려주면 코일에는 시간에 따라 방향이 변하는 자기장이 발생합니다. 이때 흑연 용기에는 전자기 유도 현상에 의해 유도 전류가 발생하고, 이 유도 전류에 의한 줄열로 물체가 가열됩니다.

5. 전기기타

보통의 기타에는 속이 비어 있는 울림통이 있지만 전기기타에는 울림통이 없습니다. 전기기타에는 기타 줄의 진동을 바꾸는 픽업 장치가 있습니다. 픽업 장치는 자석에 도선을 감아 놓은 솔레노이드 코일로, 기타 줄 바로 아래에 위치하며 증폭기에 연결되어 있습니다. 그리고 모든 기타 줄은 자석에 의해 자화되어 있으며, 자화된 기타 줄을 튕기면 코일 내부의 자기장이 변해서 코일에 유도 전류가 흐르게 됩니다. 이 유도 전류를 증폭로 적당하게 증폭한 후 스피커의 코일에 흐리게 하면, 스피커의 진동판이 진동하여 소리를 냅니다. 자기장의 변화는 키타 줄의 진동 형태에 따라 달라지고, 유도 전류의 세기는 픽업의 진동 상탠 코일의 감은 수에 따라 달라질 수 있으므로 이것을 변화시키면 원하는 소리를 얻을 수 있습니다.

6. 무선 충전

전력을 공간을 통해 무선으로 전송하여 기기를 충전하는 기술을 무선 충전이라고 합니다. 무선 충전 기술은 가까운 거리에 있는 기기를 충전시키는 데 사용합니다. 무선 충전 패드가 1차 코일이 되고, 충전하려는 기기가 2차 코일이 됩니다. 무선 충전 패드에는 교류 전원이 연결되어 있고, 기기에는 충전을 가능하게 하는 회로가 코일에 연결되어 있습니다. 무선 충전 패드에 쿄류 전원이 공급되어 시간에 따라 변하는 교류 전류가 흐르면 1차 코일에서는 시간에 따라 변하는 자기장이 발생합니다. 이때 무선 충전 패드에 기기를 가까이 가져가면 상호유도에 의해 기기 속 2차 코일을 지나는 자기 선속이 시간에 따라 변하여 회로에 유도 전류가 흘러 기기가 충전됩니다.