[Day 13] 전자기 유도 (Electromagnetic Induction)

[Day 13] 전자기 유도 (Electromagnetic Induction)

목표: 패러데이 법칙을 이용한 유도 기전력 계산 및 렌츠의 법칙 숙달

01. 자기 선속 (Φ)

어떤 단면을 통과하는 자기력선의 총 개수입니다. 전자기 유도 현상을 이해하기 위한 기본 양입니다.

Φ = B A (단위: Wb, Weber)

• B: 자기장의 세기
• A: 자기장에 수직인 단면적

02. 유도 기전력의 크기 (패러데이 법칙)

회로를 통과하는 자기 선속이 변할 때 전류를 흐르게 하는 전압(기전력)이 발생합니다.

V = -N (ΔΦ / Δt)

• N: 코일의 감은 수
• ΔΦ / Δt: 시간당 자기 선속의 변화율
• 핵심: 코일을 많이 감을수록, 자기장이 빨리 변할수록 전압이 세집니다.

03. 유도 전류의 방향 (렌츠의 법칙)

자연은 변화를 싫어합니다! 유도 전류는 자기 선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다.

💡 방향 찾기 공식 (★매우 중요★):

• 자석이 가까워질 때: 밀어내는 방향의 자기장 형성 (같은 극 마주함)
• 자석이 멀어질 때: 당기는 방향의 자기장 형성 (다른 극 마주함)

04. 자기장 속에서 움직이는 도선

자기장 속에서 길이가 l인 도선이 v의 속도로 움직일 때 발생하는 전압입니다.

V = B l v

이때 전류의 방향은 오른손 바닥 법칙(엄지: 운동방향, 나머지: 자기장, 손바닥: 전류방향)으로 찾습니다.

✍️ 기출문제 맛보기 (유사 유형)

문 1. 렌츠의 법칙 방향 (서울시 유사)

검류계가 연결된 코일 위에서 자석의 N극을 코일 쪽으로 가까이 가져갈 때, 코일 상단에 형성되는 자기장의 극과 유도 전류의 방향은?

정답: 코일 상단은 N극, 전류는 변화를 방해하는 방향
(해설: N극이 다가오면 오지 못하게 밀어내야 하므로 코일 윗부분에 N극이 생깁니다. 오른손 엄지를 위로 향하게 했을 때 나머지 손가락 방향이 전류의 방향입니다.)

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문 2. 유도 기전력 크기 계산 (기출 변형)

100번 감긴 코일을 통과하는 자기 선속이 0.1초 동안 0.5Wb만큼 일정하게 변하였다면, 코일에 유도되는 기전력의 크기는 몇 V인가?

정답: 500V
(해설: 패러데이 법칙 V = N × (ΔΦ / Δt) 대입. 100 × (0.5 / 0.1) = 100 × 5 = 500V)

✅ 13일차 마무리 체크리스트

• 자기장이 변해야만 유도 기전력이 발생함을 이해했는가?
• 렌츠의 법칙을 이용해 자석의 이동에 따른 전류 방향을 찾을 수 있는가?
• V = -N (ΔΦ / Δt) 공식에서 각 기호의 의미를 아는가?
• 도선이 움직일 때 V = Blv 공식을 적용할 수 있는가?

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