페달을 밟으면 스마트폰이 충전되는 자전거, 한 번쯤 들어보셨죠? 이것은 사람이 페달을 밟을 때 생기는 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 장치, 즉 발전기가 들어있기 때문입니다.
자전거 발전기, 풍력 발전기, 수력 발전기처럼 다양한 발전기는 구조와 원리는 거의 비슷합니다. 오늘은 발전기의 기본 구조와 작동 원리에 대해 알아보겠습니다.
발전기의 원리: 전자기 유도
발전기는 운동에너지 → 전기에너지로 바꾸는 장치입니다. 핵심 원리는 전자기 유도입니다.
전자기 유도란?
자석이 움직이면 전선에 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 반대로 전선을 움직여도 전기가 발생합니다. 이 원리를 이용한 것이 바로 발전기입니다.
발전기의 기본 구조
발전기의 핵심 부품은 다음과 같습니다.
1. 회전 날개 (터빈): 바람, 물, 사람의 힘 등으로 돌아갑니다.
2. 코일: 전선이 감겨 있는 부분으로, 회전 날개에 연결되어 함께 회전합니다.
3. 자석: 코일 주변에 고정되어 있습니다.
회전 날개가 회전하면 코일이 자석 사이에서 움직이며 전기가 발생하게 됩니다. 자석을 움직이거나 코일을 움직이거나 효과는 같습니다.
어떤 힘으로 회전시킬까?
회전 날개를 돌리는 에너지원에 따라 발전기의 종류가 나뉩니다.
- 수력 발전: 떨어지는 물의 운동에너지
- 풍력 발전: 바람의 운동에너지
- 인력 발전: 사람의 운동에너지
- 화력 발전: 석유·석탄 등의 화학 에너지
- 원자력 발전: 우라늄의 핵 에너지
화력 발전의 구조
화력 발전은 다음과 같은 과정을 거칩니다.
- 석유, 석탄 등 연료의 화학 에너지를 이용해 불을 지핀다.
- 그 열로 물을 끓여 수증기를 만든다.
- 수증기의 압력으로 터빈을 회전시킨다.
- 터빈과 연결된 발전기의 코일이 자석 사이에서 회전하며 전기를 만든다.
즉, 화학 에너지 → 열 에너지 → 운동 에너지 → 전기에너지로 바뀌는 것입니다.
원자력 발전과의 차이점은?
기본 구조는 화력 발전과 같습니다. 단, 연료가 석유 대신 우라늄과 같은 방사성 물질이라는 차이만 있습니다.
정리하면, 발전기의 핵심 구조는 같고, 회전 날개를 무엇이 돌리느냐에 따라 발전 방식이 달라지는 것입니다.
