물리 · 전기·자기 / 원리와 탐구
자석과 코일의 전자기 유도 실험 해설
코일 가까이에 자석이 있다는 사실만으로 전류가 계속 흐르지는 않습니다. 자석의 이동 방향·속력·극과 코일 감은 수를 바꾸어 자속이 변하는 순간을 관찰합니다. 유도 기전력의 크기는 변화 속도와, 방향은 그 변화를 방해하는 작용과 연결해 보세요.
어떤 원리인가요?
움직임이 빠르고 감은 수가 많을수록 기전력이 커져요. 전류는 자속 변화를 방해해요.
핵심 관계
ε = −N ΔΦ/Δt · I = ε / 10 Ω
이렇게 관찰해 보세요
- 실행하면 자석이 코일을 통과해요. 실행 중 자석이나 위치 슬라이더를 움직이면 수동 이동으로 바뀌어요. 멈춘 자석에서는 기전력이 0 V가 돼요. +전류는 자석이 있는 왼쪽에서 볼 때 반시계 방향이에요.
- 기준 조건 버튼을 누르고 실행한 뒤 측정값을 각각 기록해요.
- 기준 조건 기록에는 자동 이동을 사용해요. 수동 기록은 표에 수동으로 표시해요. 극만 뒤집으면 자속·기전력의 부호가 바뀌어요. 감은 수만 2배면 최대 기전력이 2배가 돼요.
결과를 읽는 기준
자석이 코일을 지나 멀어지면 전류 방향은?
자속의 증가·감소가 바뀌어 렌츠 법칙에 따른 전류 방향도 바뀌어요.
모형의 범위와 한계
자속은 Φ=−극부호×5×10⁻⁵/[1+(x/0.12)²]^(3/2) Wb인 축 위 근사예요. 코일 저항은 10 Ω이고 자체 유도·마찰은 생략해요. 수동 이동은 3 m/s로 제한하고 4 s 동안 관찰해요. 바늘은 ±0.2 V에서 표시가 포화돼요.