전자기 유도: 현대 전기의 엔진

마이클 패러데이의 전자기 유도라는 획기적 발견은 실용적 전력 생성의 문을 열었습니다. 그는 도체가 길이 방향에 수직인 변화하는 자기 플럭스를 경험할 때 그 양단에 전압이 생성됨을 보였습니다.

변화하는 자기장을 생성하는 직관적인 방법 중 하나는 영구 자석을 와레나 코일 근처로 움직이는 것입니다. 핵심 규칙은 자기장이 도체에 수직으로 강도가 상승하거나 하강해야 한다는 것입니다. 그렇지 않으면 전압이 유도되지 않습니다.

예시:

패러데이는 이 관계를 수학적으로 표현했으며, 순간 전압 기호 'e'를 사용하여 정상 DC 전압과 구별했습니다:

미분 기호 'd'는 시간당 자기 플럭스 변화율을 나타냅니다. 문자 'N'은 코일의 와이어 턴 수를 세며, 와이어가 루프로 감기면 유도 전압을 증폭합니다.

이 원리는 모든 발전기의 기반입니다: 기계적 운동이 자기장을 코일 지나가게 하여 사용 가능한 전압을 생성합니다. 또한 변압기, 인덕터, 기타 많은 전기 장치의 기초이기도 합니다.

전류가 흐르는 와이어의 전류가 변하면 그에 따른 자기장도 변합니다. 이 장이 와이어에 수직이므로 같은 도체를 따라 전압을 유도할 수 있습니다. 이 현상을 자기 유도(self-induction)이라고 합니다. 와이어를 코일로 감거나 높은 투자율 코어로 둘러싸면 이 효과가 강화됩니다. 자기 유도를 이용하는 장치를 인덕터(inductors)라고 하며 다음 장에서 탐구할 것입니다.

핵심 요약

• 수직이고 시간에 따라 변하는 자기장은 도체에 전압을 유도하며, 크기는 플럭스 변화율과 코일 턴 수에 의존합니다.
• 패러데이 법칙: e = N(dΦ/dt).
• 와이어의 변화하는 전류는 자기 유도로 인해 그 길이를 따라 전압을 유도하며, 이는 인덕터의 기초 원리입니다.

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