전자기 유도와 렌츠 법칙

1. 전자기 유도

1) 전자기 유도의 정의

전자기 유도란 코일 내부의 자기 선속이 변할 때 코일에 전류가 흐르는 현상입니다.

① 유도 기전력

기전력이란 도체 내부의 전위차를 만들고 그 사이의 전기장에 의해 전하를 이동시켜 전류를 흐르게 하는 원인으로, 단위는 전압과 같은 V(볼트)를 사용합니다. 유도 기전력이란 전자기 유도에 의해 코일의 양끝에 발생한 전압을 말합니다.

② 유도 전류

유도 전류란 유도 기전력에 의해 코일에 흐르는 전류입니다.

[ConFer]
패러데이의 실험에서 전류가 흐르는 경우 자석만 움직이거나 코일만 움직이는 경우, 코일과 자석이 상대적으로 반대 방향으로 움직이는 경우입니다. 전류가 흐르지 않는 경우는 코일과 자석의 상대적인 움직임이 없는 경우로, 자석과 코일이 상대 운동을 하면, 즉 가까워지거나 멀어지면 코일을 통과하는 자속이 변하고, 유도 기전력(유도 전압)이 발생해 유도 전류가 흐릅니다.

2. 렌츠 법칙

1) 렌츠 법칙

코일 근처에서 자석을 움직이면 자석은 운동 방향의 반대 방향으로 힘을 받습니다. 자석이 계속 움직이기 위해서는 자석에 힘을 주어 일을 해야 합니다. 이때 이 일이 코일에서 전기 에너지로 전환되는 것입니다. 렌츠 법칙은 유도 전류의 방향을 나타내는 법칙으로, 유도 전류는 코일을 통과하는 자기 선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다. 이 법칙은 유도 전류가 흐르는 회로에서의 에너지 보존을 표현한 것과 같습니다.

[ConFer]
자기 선속($ \phi $)이란 어떤 면을 통과하는 자기력선의 총 개수에 해당하는 물리량으로, 면이 자기장에 수직인 경우 자기 선속은 자기장의 세기($ B $)와 면적($ A $)을 곱한 값과 같습니다.

$$ \phi=BA $$
[단위 : $ Wb $(웨버)]

면이 비스듬할 때 자기 선속과 면적의 관계는, 자기력선에 수직인 평면과 비스듬한 면이 이루는 사이 각이 $ \theta $일 경우 자기력선이 통과하는 면적은 $ Acos\theta $이므로 비스듬한 면을 지나는 자기 선속은 다음과 같습니다.

$$ \phi=BAcos\theta $$
[단위 : $ Wb $(웨버)]

렌츠의 법칙에서 자기 선속의 변화를 방해하는 방향이란 자기 선속의 운동을 방해하는 방해하는 방향으로 자석의 접근할 때는 밀어내는 힘인 척력이 작용하도록 유도 전류가 흐르고, 자석이 멀어질 때는 인력이 작용해 자석이 멀어지지않도록 유도 전류가 흐릅니다.