현대 사회에서 전기는 없어서는 안 될 에너지입니다. 그런데 전기는 어떻게 만들어질까요? 바람, 물, 원자력 등 다양한 방법이 있지만, 공통점은 모두 발전기를 이용한다는 점입니다. 이 발전기의 핵심 원리는 바로 운동에너지 → 전기에너지로의 변환입니다.
전기 발생의 핵심: 자기장과 전류
전기를 발생시키기 위해 알아야 할 두 가지 중요한 개념이 있습니다.
1. 자기장: 자석 주위에는 자석의 힘이 작용하는 공간, 즉 자기장이 존재합니다.
2. 전류가 흐르는 도선은 자석처럼 행동합니다. 즉, 전기가 흐르면 그 주위에 자기장이 형성됩니다.
코일과 자석 실험 – 전류는 어떻게 생기나?
코일(전선이 감겨 있는 형태)에 자석을 가까이 가져가면 전류계의 바늘이 움직입니다. 하지만 자석이 멈추면 바늘도 다시 원래대로 돌아옵니다. 이 말은 곧 자석이 움직일 때만 전류가 흐른다는 뜻입니다.
왜 전류가 생기는 걸까?
자기장이 변화하면, 코일은 그 변화를 막기 위해 스스로 자석이 되려는 성질을 가집니다. 이때 코일에 전류가 흐르며, 이 현상을 전자기 유도라고 합니다.
전자기 유도란?
자기장의 변화 → 전류 발생
코일 주위의 자기장이 강해지거나 약해지면, 코일은 이를 막기 위해 전류를 흘립니다. 자석이 코일에 가까워지거나 멀어질 때가 대표적인 경우입니다.
두 가지 상황
1. 자석이 가까워질 때: 코일은 자석을 밀어내는 방향으로 전류를 흘립니다.
2. 자석이 멀어질 때: 코일은 자석을 끌어당기려는 방향으로 전류를 흘립니다.
전류 방향 구하기 – 오른손 법칙
오른손 법칙을 사용하면 전류의 방향을 알 수 있습니다.
- 엄지손가락: 자기장의 방향 (N극 → S극)
- 나머지 손가락이 감기는 방향: 전류의 흐름
자석이 다가오면 코일은 반대 방향의 자석처럼 행동하기 위해 전류를 흐르게 하고, 자석이 멀어질 때는 끌어당기려는 방향으로 전류를 흐르게 합니다.
정리 – 발전기의 원리
정리하면, 발전기의 원리는 다음과 같습니다.
1. 자석이 움직이면 자기장이 변한다.
2. 자기장의 변화가 코일에 전류를 발생시킨다 (전자기 유도).
3. 운동에너지가 전기에너지로 변환된다.
4. 이 원리를 이용한 장치가 바로 발전기입니다.
즉, 발전기 = 전자기 유도 현상을 이용해 전기를 만드는 장치입니다.
