¶ 지식 정보
¶ 발전기
¶ 교류 발전기
역학적 에너지를 교류 형태의 전기 에너지로 전환하는 장치이다.
¶ 교류 발전기의 원리
그림은 방향의 균일한 자기장 영역에서 시간 일 때, 한 변의 길이가 인 정사각형 금속 고리의 모습을 나타낸 것이다.
고리의 중심은 원점 에 위치하고, 고리는 축을 회전축으로 일정한 각속도 로 회전한다. 자기장의 세기는 로 일정하다.
자기장의 방향은 방향이므로 아래 그림과 같이 일 때, 고리와 자기장이 이루는 각은 이다.
따라서 방향을 양이라 할 때, 고리를 통과하는 자기선속 이다.
일 때, 고리와 자기장이 이루는 각은 이므로 이다.
그러므로 그래프는 아래 그림과 같다.
패러데이 법칙에 의해 유도 기전력을 , 고리의 감은 수를 이라 할 때, 이며,
를 에 대해 미분하면 이다.
고리는 한 번만 감겨 있어 이므로, 이다.
고리의 저항값을 이라 할 때, 고리에 흐르는 유도 전류의 세기 는 옴의 법칙에 의해
이다.
라 하면 로 간단히 나타낼 수 있다.
그러므로 를 에 따라 나타내면 아래 그림과 같다.
이처럼 교류 발전기는 도선을 자기장 내에서 회전시켜 교류를 유도하고, 원형의 집전 고리는 도선과 연결되어 함께 회전한다.
브러시는 집전 고리와 함께 회전하지 않도록 살짝만 닿아 있는데, 이 브러시와 연결된 도선을 통해 유도된 교류는 외부로 보내진다.
¶ 시뮬레이션
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $2$
자기장의 세기를 , 고리의 한 변의 길이를 라 하면 일 때, 고리와 자기장이 이루는 각은 이므로
방향을 양이라 할 때, 고리를 통과하는 자기선속 이다.
고리의 각속도를 라 하면 일 때, 고리와 자기장이 이루는 각은 이므로 이다.
그러므로 그래프는 아래 그림과 같다.
패러데이 법칙에 의해 유도 기전력을 , 고리의 감은 수를 이라 할 때, 이며,
를 에 대해 미분하면 이다.
고리는 한 번만 감겨 있어 이므로, 이다.
고리의 저항값을 이라 할 때, 고리에 흐르는 유도 전류의 세기 는 옴의 법칙에 의해
이다.
라 하면 로 간단히 나타낼 수 있다.
그러므로 를 에 따라 나타내면 아래 그림과 같다.
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
