물리 세특 주제 : 전자기 유도

1. 전기장과 자기장의 연관

  우선 전기장과 자기장이 무엇인지 간단하게 알아보고 진행하겠습니다. 전하와 전하 간에는 전기력이 존재합니다. 이때 하나의 전하에 의해, 주변 공간에 그 전기력선이 형성된 이미지를 상상해 볼까요? 전기장은 전하에 의해 주변 공간에 생기는 전기적인 힘을 갖고 있는 하나의 물리량인데요, 한 공간에서 전기력의 정도와 비슷한 개념으로 가볍게 받아들이시면 좋을 것 같습니다. 전하의 크기가 크면 전기장의 세기가 강한 것이고, +극인지 -극인지에 따라 그 방향도 바뀔 것입니다. 따라서, 한 공간에서 전기력의 정도이고, 세기와 방향을 포함한 값임을 생각하시면 좋을 것 같습니다.

  자기장의 경우도 전기장과 비슷한데요, 이번에는 자력을 띤 물체에 의해 생기는 경우입니다. 역시 비슷하게 한 공간에서 자기력의 정도와 비슷한 개념으로 받아들이시면 좋겠고, 그 세기와 방향(이번에는 N-S극)을 포함한 값입니다.

  결국 이 둘은 전기력과 자기력에 따른 물리량이란 것 외에는 사실상 같은 느낌의 뉘앙스를 띠고 있는데요, 사실 이 둘은 그저 비슷하다는 것 외에도 굉장히 큰 연관성을 지니고 있습니다. 놀랍게도, 변화하는 전기장은 자기장을 만들고, 변화하는 자기장은 전기장을 만듭니다. 즉 전기장이 있으면 자기장이 있고, 자기장이 있으면 전기장이 있는, 항상 함께 존재한다는 것입니다.

2. 전자기 유도

  앞서, 변화하는 자기장이 전기장을 만들어 낸다고 하였습니다. 즉, 자기장의 변화는 전기장을 유도해 낸다는 것입니다. 이를 잘 활용하면, 자기장을 잘 변화시킴으로써 전압을 유도해 낼 수 있다는 것입니다. 그러므로, 자석을 움직이면서 자기장의 변화를 주면, 전류를 만들어낼 수 있다는 것입니다.

  실제로 자석을 움직임으로 자기장의 변화를 만들고 그것이 전기장을 만드므로, 자석을 움직이는 힘을 전류로 만들 수 있게 되는 것입니다. 즉, 자석을 움직일 수 있는 힘을 얻고 이를 전환시킬 수 있는 장치를 사용하면 전기에너지를 얻어낼 수 있을 것입니다. 보통 그 힘은, 열을 사용하여 물을 끓이고 그 증기를 활용하여 자석이 붙어 있는 터빈을 돌립니다. 다른 곳에 붙어 있는 자석에 의해 자기장의 변화가 생기게 되고, 이를 활용하여 전기를 생산합니다.

  이러한 구조의 발전 방식은, 화력 발전, 원자력 발전 등 일차적으로 열에너지를 얻어내는 발전 방식의 경우에서 사용되고 있습니다. 풍력 발전의 경우는 직접적으로 그 터빈을 돌리는 방식을 활용하기 때문에 우리가 알고 있는 대부분의 발전 방식은 거의 발전기를 활용하고 있다고 생각해도 좋습니다. 예외적으로 태양광 발전의 경우가 다른 방식으로 에너지를 전환하는데요, 이 내용이 궁금하신 분들은 아래 자료를 참고하여 주시면 감사하겠습니다.

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3. 전자기 유도의 활용

  사실 위에 작성한 발전기가 전자기 유도의 가장 큰 활용 방안이긴 합니다. 하지만 이 부분은 산업적인 파트의 경우이고, 좀 더 접하기 쉬운 실생활에서의 전자기 유도의 활용을 한 가지만 설명드려 보겠습니다.

  첫 번째는 전기 조리도구인 인덕션입니다. 요즈음 가스레인지가 편의, 열효율 등의 이유로 인해 인덕션으로 교체되고 있는 추세를 보이고 있는데요, 이 인덕션의 경우도 사실 전자기 유도를 활용한 도구입니다. 인덕션의 경우, 일차적으로 전류를 코일에 흘려보냅니다. 그러면 자기장이 형성됩니다. 그 자기장은 인덕션 상부에 놓인 조리기구에 전류를 다시 유도합니다. 즉 전기장이 자기장을 만들고, 다시 그 자기장이 전기장을 만들어내는 방식이라고 생각해 보시면 되겠습니다. 그 조리기구에 유도된 전류는, 그 조리기구의 저항으로 인해, 열을 형성하게 됩니다.

  오늘 준비해 본 내용은 여기까지이구요, 다음에는 다양한 전자기 유도가 사용된 발전기를 활용한 에너지 발전 방식들에 대한 글도 작성해 보려고 합니다. 글 읽어주셔서 감사합니다!