¶ 지식 정보
| 해당 지식 | |
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전자기 유도로 회로에 생긴 유도 기전력과 유도 전류의 방향이 자기선속의 변화를 방해하는 렌츠의 법칙을 설명합니다. |
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¶ 기전력
임의의 닫힌 회로를 따라 한 바퀴를 돌았을 때 단위 양전하가 받는 일이다.
기호로 으로 나타내고, 단위는 주로 를 사용한다.
¶ 전자기 유도
회로 내부를 통과하는 자기선속이 변할 때, 회로에 기전력이 생기는 현상이다.
¶ 유도 기전력과 유도 전류
유도 기전력은 전자기 유도로 인해 생긴 기전력이고,
유도 전류는 유도 기전력에 의해 흐르는 전류이다.
¶ 유도 기전력과 유도 전류 예시
그림과 같이 자석이 원형 금속 고리의 중심축을 따라 낙하하는 상황을 생각해보자.
자석과 금속 고리 사이의 거리가 가까워지므로 금속 고리를 통과하는 자기선속이 변하여 기전력이 생긴다.
따라서 고리에 전원이 연결되어 있지 않음에도 유도 전류가 흐르게 된다.
¶ 렌츠의 법칙
전자기 유도가 일어날 때 유도 전류의 방향은 자기선속의 변화를 방해하는 방향이다.
¶ 렌츠의 법칙 예시
그림과 같이 자석이 원형 금속 고리의 중심축을 따라 고리를 통과하여 낙하한다.
자석이 점 와 를 지날 때, 고리에서 유도 전류의 방향을 구해보자.
- 자석이 를 지날 때, 유도 전류의 방향 구하기:
아래 그림과 같이 자석이 를 지날 때, 자석이 고리와 가까워져 아래로 고리를 통과하는 자기선속이 증가한다.
고리 내부를 통과하는 자기선속이 변하므로 전자기 유도가 일어나며,
전자기 유도가 일어날 때 유도 전류의 방향은 자기선속의 변화를 방해하는 방향이다.
아래로 고리를 통과하는 자기선속이 증가하는 것을 방해하려면
위로 고리를 통과하는 자기선속을 만들어 증가하는 양을 상쇄해야 한다.
아래 그림과 같이 위로 고리를 통과하는 자기선속을 만들려면 고리에 전류는 ㉡ 방향으로 흘러야 하므로,
자석이 를 지날 때, 고리에서 유도 전류의 방향은 ㉡ 방향이다.
- 자석이 를 지날 때, 유도 전류의 방향 구하기:
아래 그림과 같이 자석이 를 지날 때, 자석이 고리와 멀어져 아래로 고리를 통과하는 자기선속이 감소한다.
고리 내부를 통과하는 자기선속이 변하므로 전자기 유도가 일어나며,
전자기 유도가 일어날 때 유도 전류의 방향은 자기선속의 변화를 방해하는 방향이다.
아래로 고리를 통과하는 자기선속이 감소하는 것을 방해하려면
아래로 고리를 통과하는 자기선속을 만들어 감소하는 양을 상쇄해야 한다.
아래 그림과 같이 아래로 고리를 통과하는 자기선속을 만들려면 고리에 전류는 ㉠ 방향으로 흘러야 하므로,
자석이 를 지날 때, 고리에서 유도 전류의 방향은 ㉠ 방향이다.
¶ 시뮬레이션
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $1$
아래 그림과 같이 자석이 를 지날 때, 자석이 고리와 가까워져 위로 고리를 통과하는 자기선속이 증가한다.
고리 내부를 통과하는 자기선속이 변하므로 전자기 유도가 일어나며,
전자기 유도가 일어날 때 유도 전류의 방향은 자기선속의 변화를 방해하는 방향이다.
위로 고리를 통과하는 자기선속이 증가하는 것을 방해하려면
아래로 고리를 통과하는 자기선속을 만들어 증가하는 양을 상쇄해야 한다.
아래 그림과 같이 아래로 고리를 통과하는 자기선속을 만들려면 고리에 전류는 ㉠ 방향으로 흘러야 하므로,
자석이 를 지날 때, 고리에서 유도 전류의 방향은 ㉠ 방향이다.
따라서 정답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $4$
아래 그림과 같이 자석이 를 지날 때,
자석이 와 멀어져 왼쪽으로 를 통과하는 자기선속이 감소하고,
자석이 와 가까워져 왼쪽으로 를 통과하는 자기선속이 증가한다.
고리 내부를 통과하는 자기선속이 변하므로 전자기 유도가 일어나며,
전자기 유도가 일어날 때 유도 전류의 방향은 자기선속의 변화를 방해하는 방향이다.
왼쪽으로 를 통과하는 자기선속이 감소하는 것을 방해하려면
왼쪽으로 를 통과하는 자기선속을 만들어 감소하는 양을 상쇄해야 한다.
왼쪽으로 를 통과하는 자기선속이 증가하는 것을 방해하려면
오른쪽으로 를 통과하는 자기선속을 만들어 증가하는 양을 상쇄해야 한다.
아래 그림과 같이 왼쪽으로 를 통과하는 자기선속을 만들려면 에 전류는 ㉠의 반대 방향으로 흘러야 하고,
오른쪽으로 를 통과하는 자기선속을 만들려면 에 전류는 ㉡ 방향으로 흘러야 하므로,
자석이 를 지날 때, , 에 흐르는 유도 전류의 방향은 각각 ㉠의 반대 방향, ㉡ 방향이다.
따라서 정답은 번이다.