발전기
발전기는 자석 사이에서 코일을 돌려 전기를 만들어요. 코일이 돌면 코일을 지나는 자속이 계속 바뀌고, 그 변화 때문에 코일에 유도 전류가 흘러요. 손잡이를 돌리듯 코일을 회전시키며 회전 각도에 따라 자속과 유도 전압이 어떻게 바뀌는지 확인해 보세요.
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코일의 변 ㄱ코일의 변 ㄴ전류의 방향도선의 운동 방향
이하은T 과학 실험실
끌어서 돌리고 휠로 확대할 수 있어요 · ‘정면’은 회전축 방향에서 본 모습이에요 · 노란 점은 전류가 흐르는 방향이에요
각도로 이동
회전 빠르기
감은 수
자석 세기
회전 각도에 따른 자속과 유도 전압
점선 위의 점이 지금 각도예요 · 자속이 가장 빨리 변하는 곳에서 전압이 가장 커요
코일을 지나는 자속유도 전압 (+: 검류계 바늘 오른쪽)
교류 발전기와 직류 발전기
| 교류 발전기 | 직류 발전기 | |
|---|---|---|
| 코일과 바깥 회로 연결 | 슬립 링 2개 (각각 따로 연결) | 정류자 (반으로 나뉜 고리) |
| 바깥 회로의 전류 | 반 바퀴마다 방향이 바뀌는 교류 | 방향이 한쪽으로만 흐르는 직류 (세기는 변함) |
| 전압 그래프 | 사인 곡선 (+, − 반복) | 사인 곡선의 − 부분이 + 쪽으로 뒤집힘 |
원리
전자기 유도
- 코일이 돌면 코일을 지나는 자속이 계속 바뀌어요
- 자속이 바뀌는 동안 코일에 유도 전류가 흘러요
각도와 전압
언제 가장 셀까요?
- 코일 면이 자기장에 수직(0°, 180°): 자속이 최대, 전압은 0
- 코일 면이 자기장과 나란함(90°, 270°): 자속은 0, 전압이 최대
전압의 크기
V = NBSω sin ωt
- 감은 수(N), 자기장 세기(B), 코일 넓이(S), 회전 속력(ω)이 클수록 커요
- 빨리 돌리면 전압도 커지고 방향도 더 자주 바뀌어요
에너지 전환
역학적 에너지 → 전기 에너지
- 코일을 돌리는 일이 전기 에너지로 바뀌어요
- 수력 · 화력 · 원자력 · 풍력 발전기는 모두 이 원리로 터빈을 돌려요
생각해 보기
- ‘각도로 이동’에서 0°와 90°를 눌러 비교해 보세요. 자속이 가장 클 때 유도 전압은 왜 0일까요?
- ‘도선의 운동 방향’을 켜고 90°에서 변 ㄱ, ㄴ이 움직이는 방향과 자기장의 방향을 비교해 보세요.
- 교류 발전기에서 바깥 회로의 전류 방향은 코일이 한 바퀴 도는 동안 몇 번 바뀌나요?
- 직류 발전기의 정류자는 어떤 역할을 하나요? 전압 그래프가 어떻게 달라지는지 비교해 보세요.
- 전구를 더 밝게 하려면 무엇을 바꾸면 될까요? 세 가지 방법을 찾아보세요.