P H Y I C - Ⅰ 01 lfntxjc j8mfs lfurlfa 2. 고무자석을계속반으로자르면서클립에가까이해보자. 클립을끌어당기는 힘에변화가생기는가? 자석의성질을설명할수있다. 자석에의한자기장을알수있다. 3. 고무자석을아주잘게자른다음시험관에넣자. 지금까지한작업은디스

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1 P H Y I C - Ⅰ Ⅱ 전기와자기 ltsy5j8 lfur lfxj3a 2 01 자석에의한자기장 02 직선전류에의한자기장 03 원형전류에의한자기장 04 자기장속에서전류가받는힘 05 전자기력의이용 06 전자기유도 07 전자기유도의이용 알고가기 1 두자석사이에는어떤힘이작용하는가? 2 자석주위에철가루를뿌리면어떤모양으로배열되는가? 3 전기는어떻게발생하는가? 단원학습목표 여러가지자석에의한자기장의모양을알아볼수있다. 직선전류에의한자기장의모양과세기를알수있다. 원형전류에의한자기장의모양과세기를알수있다. 원형전류에의한자기장의모양을통하여솔레노이드코일에흐르는전류에의한자기장의모양을알수있다. 자기장속에서전류가흐르는도선이받는힘의방향과크기를구할수있다. 전자기력을이용한장치들의작동원리를알수있다. 에너지보존법칙에의한전자기유도의원리를알수있다. 전자기유도를이용한장치들의작동원리를이해할수있다. / 알 / 고 / 가 / 기 / 1_ 자석의두극사이에는자기력이작용한다. 자기력은중력과는달리인력과척력이있다. 같은극끼리는척력이작용하고다른극끼리는인력이작용한다. 2_ 자석주위에철가루를뿌리고가볍게흔들어주면철가루들이자기력을받아배열을하게되는데이들의배열된모양을통하여자석주위에서철가루들이받는힘의방향을알수있다. 3_ 전기를만들어내기위해서는코일을자석근처에서움직이거나코일근처에서자석을움직여주어야한다. 이와같은현상을전자기유도라고한다. Ⅱ. 전기와자기 1 2. 전류의자기작용

2 P H Y I C - Ⅰ 01 lfntxjc j8mfs lfurlfa 2. 고무자석을계속반으로자르면서클립에가까이해보자. 클립을끌어당기는 힘에변화가생기는가? 자석의성질을설명할수있다. 자석에의한자기장을알수있다. 3. 고무자석을아주잘게자른다음시험관에넣자. 지금까지한작업은디스켓에저장해야지. 어! 이상하다. 작업한내용이없어졌네? 분명히저장을했는데. 왜그럴까? 4. 시험관을잘흔든후에클립에가까이해보자. 클립이달라붙는가? Ⅱ`- 27 막대자석으로시험관주위를문지르는모습 시험관주위를막대자석으로문지를때는한쪽방향으로만계속문질러야한다. 5. 그림과같이시험관주위를막대자석으로문지른다음에클립에가까이해보자. 클립이달라붙는가? 1 'fzub 자화자석에금속조각을접촉시킬때금속이자석이되는현상 막대자석옆에못이나쇳조각을놓으면자석에달라붙는다. 이때, 막대자석양쪽끝부분에는쇳조각이잘붙으나가운데에는잘붙지않는다. 이것으로보아자석의인력은양끝에서가장세고중앙부근에서는약하다는것을알수있다. 이와같이자기력이가장센막대자석의양끝부분을자극이라한다. 자석을 극과 극으로계속나눌수있을까? 관찰, 토의자석은 극과 극으로이루어져있다. 만일자석을반으로혹은몇개의조각으로계속자르면자석의성질은어떻게변할까? 준비고무자석 2개 ( 폭 23cm, 길이 15 20cm 정도 ), 칼, 시험관, 클립, 막대자석 6. 시험관을흔든후다시클립에가까이해보자. 클립이달라붙는가? 1. 고무자석을계속해서반으로자르면자석의세기는어떻게달라지는지설명해보자. 2. 반으로잘린자석에도 극과 극이있는가? ngngyv md;vur 과연자석의성질이변할까? 그림과같이자석을가열하거나망치로두드리면자석의세기는어떻게변할까? 1. 그림과같이고무자석을반으로자르자. 잘린두면을가까이하면두고무자석사이에는어떤힘이작용하는가? 잘린면과그반대쪽면을가까이하면두고무자석사이에는어떤힘이작용 자석을불에가열할때 자석을망치로두드릴때하는가? Ⅱ`- 26 고무자석을자르는모습자석의세기를변하게하는것의공통점이무엇인지생각해보자. 고무자석을자를때는다칠염려가있으므로주의해서자르도록한다 만화도입 디스켓은아주작은자석들로이루어진원판이며이원판속의작은자석들의배열은정보의내용에따라달라진다. 그런데자석을디스켓에가까이하면, 자석과디스켓속의자석들이서로힘을주어디스켓속의자석들이재배열하게되므로디스켓에저장된정보가지워지게되는것이다. 탐구 1 해설 1_ 자석을반으로자른후잘린두면을가까이하면이들사이에는서로끄는힘이작용한다. 잘린면과그반대쪽을가까이하면이들사이에는밀어내는힘이작용한다. 2_ 자석의크기를작게하면자석의세기가약해져서클립을당기는힘이약해진다. 4_ 잘게자른자석을잘흔들면자석들이무질서한방향으로배열하여클립을가까이하더라도달라붙지않게된다. 5_ 시험관주위를막대자석으로문지르면잘게잘려진자석들이막대자석의끄는힘에의해서일정한방향으로재배열하게되어클립이달라붙게된다. 6_ 시험관을다시흔들면잘게잘려진자석들이무질서한방향 으로배열하여클립이달라붙지않게된다. 1_ 자석이끄는힘을비교해보면두개의잘라진자석이끄는힘은잘라지기전의자석이끄는힘과같으나잘라진자석하나가끄는힘보다는크다. 2_ 자석을반으로자르더라도그반쪽은각각 극과 극이존재하는완전한자석이된다. 다시그것을쪼개면모두네개의자석이된다. 아무리쪼개나가도그것은여전히두개의극을가진다. 이것은원자가하나의자석이라는것을의미한다. 전하는양전하와음전하가따로존재할수있지만자극은 극이나 극이홀로존재할수없다. 스스로해보기해설 가열하거나망치로두드리면자석을이루고있는분자나원자의배열상태가달라지게되어세기가약해진다. 자기장이센자석은자기구역이일정한방향으로배열되어있는데일정한방향으로배열된자기구역의방향을변화시키기위해서열이나충격을가하면된다. 즉, 열이나충격은자기구역의방향을변화시키는에너지이다. Ⅱ. 전기와자기 2 2. 전류의자기작용

3 P H Y I C - Ⅰ 2 'fzub 자기장을눈으로보자! 관찰, 토의 1T=1Wb/m 2 자속의단위로는웨버 (Wb) 를사용한다. 자기장 B의단위는자속의단위 Wb를사용하면 Wb/m 2 가되며, 이것을테슬라 (T) 라고한다. 자석주위와같이자기력이작용하는공간을자기장이라고한다. 자기장은그림과같은자기력선을사용하여시각적으로나타낼수있다. 생활속의과학생활속의과학 ovltskvochgs lfurlfajgw ut;bmfskf 자침 자석을쇠붙이에가까이하면쇠붙이가자석과같은방향의자석이되어자석에달라붙는다. 그러나초전도체에자석을가까이하면초전도체는자석과반대방향의강한자석이되어밀려난다. 그림은초전도체를이용하여자석을공중에뜨게한것이다. Ⅱ`- 28 막대자석주위의자기력선 Ⅱ`- 29 지구자기장 1. 자기력선위에자침을놓았을때자침의 극이향하는방향에대하여조사해보자. 2. 막대자석이있는공간의자기력선의성질에대해토의해보자. 3. 자기력선의밀도를이용하여자기장의세기를나타낼수있는지조사해보자. 4. 지구의지리학적북극과지구자기의 극이일치하지않는이유에대하여토의해보자. Q 자기력선 자기력선 원형자석 쇠붙이 초전도체 쇠붙이와초전도체에서의자기력선 초전도체가응용되는분야에는어떤것이있는지알아보자. 원형자석 초전도체 1. 막대자석주위의자기력선은어떤성질을지니는가? 2. 자기력선이밀집한곳은자기장의세기가어떤곳인가? 그림과같이자기장에수직인단면을 F=BA U 자기장자기력이작용하는공간 B= A 자기장의방향자침의 극이가리키는방향 통과하는자기력선의수와관련하여자 B 자기력선자기장을시각적으로볼수있게나타낸선 속의크기를정의하여나타내며, 이면 F 자기력선은 극에서 극으로향하며, 도중에끊어지거나교차하지않는다. 자 의단위면적을통과하는자속을자속 속 밀도또는자기장의세기라고한다. 따라 m/fxjrsmfur 서, 자기력선에수직인단면의면적이 A이고이면을통과하는자속이 U일때, 이곳의자기장 B는다음과같다. 면적 A 자속과자속밀도 1. 단면적이 4m 2 인코일의단면을수직하게통과하는자속이 2Wb이면, 이면의자속밀도는얼마인가? 2. 말굽자석주위에서만들어지는자기력선을그려보아라. B= U A ( ) 탐구 2 해설 1_ 자침의 극이가리키는방향이자기장의방향이다. 3_ 자기력선의밀도가큰곳이자기장이센곳이다. 4_ 지리학적북극은지구의자전축을기준으로한것이므로지구자기의 극과는같지않다. 지구자기의 극은계속변하고있다고한다. 1_ 막대자석주위의자기력선의방향은 극에서나와서 극으로들어가는방향이며자극근처에서는자기장이세고자극에서멀어질수록자기장이약해진다. 자기력선 생활속의과학 Q 자기부상열차 : 바닥에는초전도코일이, 철로에는전자석이설 치돼있다. 초전도코일에철로의자석을밀어내는방향으로자 기장이생겨기차가뜨게되는것이다. 초특급슈퍼컴퓨터 : 전도디지털회로를사용하면현재의슈퍼컴 퓨터에비해약 1 천배의성능을갖는초특급슈퍼컴퓨터를개발할 수있다. MRI:4겹으로이루어진초전도자석이자기장을형성하면환자 의몸에있는수소이온이자성을띠게되는데, 이모습을사진으 로찍은것이MRI 사진이다. 확인하기 U 1_ 자기장의세기, 즉자속밀도는 B= 이므로 2Wb B= =0.5Wb/m =0.5T이다. 4m 2_ 말굽자석주위의자기력선의모양은오른쪽그림과같다. 2_ 자기력선의밀도가큰곳이자기장이센곳이고자기력선의밀도가낮은곳이자기장이약한곳이다. Ⅱ. 전기와자기 3 2. 전류의자기작용

4 + P H Y I C - Ⅰ 02 lrxnts ltsy5jc j8mfs lfurlfa 4 'fzub 직선전류에의한자기장실험, 결론도출직선도선에전류가흐를때도선주위의자기장은전류의세기및거리에 자기장의근본을전류로설명할수있다. 따라어떻게될까? 직선전류에의한자기장의모양과세기를말할수있다. 준비 나침반의자침은어당연히남북느쪽을가리킬까? 방향이지요. 정말나침반의자침은항상남북방향만가리킬까? 그럼요! 어! 자침의방향이변했네! 직류전류계, 전원장치, 가변저항기, 도선, 스탠드, 스위치, 각도기, 모눈종이, 나침반, 1m 막대자, 벽돌 1. 모눈종이의중심에수직으로교차하는두개의직선을긋고, 이직선에동서남북방향을표시한후그교점에나침반을놓자. 2. 직선의남북방향과자침의남북방향이일치되도록조절하여나침반과모눈 3 'fzub 직선전류에의한자기장의모양과방향 관찰, 자료해석, 조사 종이를접착테이프로고정시키자. 그림 Ⅱ`- 30 은도선에수직인종이면위에가는철가루를고르게뿌리고, 도선 나침반주위에는철로된기구나물건등은멀리한다. 1m 자 에전류를흘렸을때철가루가늘어서는모양을나타낸것이고, 그림 Ⅱ`- 31 은 전류의방향에따른도선주위의자기력선을나타낸것이다. 전 류 전 류 전류가흐르지않을때자침이가리키는방향은지구자기장의수평방향성분이다. 자침 전류계 A 전원장치 - + 가변저항기 Ⅱ`- 30 직선전류주위의철가루분포 Ⅱ`- 31 직선전류주위의자기력선 1. 직선전류주위에생기는자기력선의모양에대하여토의해보자. 2. 직선전류의방향과자기장의방향을나타낼수있는앙페르의법칙에대하 여조사해보자. 1. 직선전류에의한자기장의모양을말해보자. 2. 전류의방향과자기장의방향을오른손을이용하여나타내어보자. 3. 자기장을만드는근본이무엇인지말해보자. 벽돌 Ⅱ`- 32 직선전류에의한자기장을알아보는실험장치 3. 그림과같이장치하고직선도선에서자침의남북방향과나란한방향으로 5cm 되는곳에나침반을놓자 만화도입 도선에전류가흐르면도선주위에는자기장이생긴다. 이자기장의효과와지구자기장의효과가자침에나타나기때문에지구자기장의효과만나타날때자침의방향과는다른방향을가리키게되는것이다. 탐구 3 해설 전기적현상과자기적현상은어떤관계가있는가? 1819년외르스테드는도선가까이에있던나침반의바늘이도선에전류가흐르자방향이변하는것을발견하였다. 전기와자기를별개의것으로생각하였던당시로서는놀라운일이었으며그후자기장의원인이전하의운동과관련이있음을알게되었다. 직선도선에전류가흐르면도선주위에나사를돌리는방향 으로자기장이생긴다. 오른손으로도선을감아쥐며엄지손가락을전류가흐르는방향으로향했을때나머지손가락들의방향과같은방향으로자기장이생기는것이다. 이것을앙페르의법칙또는오른나사의법칙이라고한다. 1_ 직선도선을동심원으로하는원을그린다. 2_ 앙페르의법칙 ( 또는오른나사의법칙 ) 으로설명할수있다. 3_ 자기장을만드는근본은전류이다. 전자석뿐만아니라영구자석의경우에도자기장을만드는근본은핵주위를도는전 탐구 4 해설 4_ 전류가흐를때자침의방향은지구자기장과직선전류에의한자기장의합성방향이다. 지자기장 q 서 북 q 동 자의스핀에의한전류이다. 즉, 원자가하나의작은자석인것이다. 전류의자기장 자침의편향 남 Ⅱ. 전기와자기 4 2. 전류의자기작용

5 P H Y I C - Ⅰ 지구자기장의수평방향성분과전류에의한자기장은서로수직이다. 2 1 q 3 1 지구자기장 (B e) 2 전류에의한자기장 3 합성자기장 4. 도선에흐르는전류가 0.5A가되도록조절하여자침의 극이가리키는방향을모눈종이에표시하자. 자침의 극이향하는방향을지구자기장과전류에의한자기장으로설명해보자. 5. 전류를 1A, 1.5A, 2A로변화시키면서자침의회전각을측정하자. 전류가증가하면자침의회전각의크기는어떻게되는가? 각의크기를 h라고하면, 전류에의한자기장을지구자기장 B e 와tanh로나타낼수있는지토의해보자. 6. 전류를 1A로일정하게하고도선으로부터의직선거리 r를증가시키면서각 h 를측정하자. 거리에따라각 h는어떻게변하는지조사해보자 도선으로부터자침까지거리의역수과 tanh 사이의관계그래프를그려 r 보자. 또, 전류 I와 tanh 사이의관계그래프를그려보자. tan q tan q 1T=1Wb/m 2 직선전류로부터떨어진거리에반비례한다는사실을밝혀내었다. IT=1/A m 이러한관계를식으로나타내면긴직선도선에전류 I가흐를때도선으로부터거리 r 만큼떨어진곳의자기장 B는 B=k;rI; 이고, B의단위를 T, I의단위를 A, r의단위를 m로나타내면진공에서비례상수 k의값은 /A 2 이된다. k의값은전류주위의물질의종류에따라달라지며, 공기중에서는진공중에서의값과거의같다. 직선전류에의한자기장모양 직선전류를중심으로하는동심원을그린다. 앙페르의법칙 ( 오른나사의법칙 ) 직선전류의방향을오른나사가진행하는방향으로나타내면, 나사의회전방향이자기장의방향과일치한다. 직선전류에의한자기장 B=k;rI; ( 진공중에서 k= /A 2 ) r (m ) 0 I(A) Ⅱ`- 33 ;r!; 과 tanh의그래프 Ⅱ`- 34 I와 tanh의그래프 1 과tan h 사이에는어떤관계가있는가? r I와 tan h 사이에는어떤관계가있는가? 1. 직선전류에의한자기장을지구자기장과 tanh를이용하여어떻게나타내는지말해보자. 2. 직선전류에의한자기장은전류의세기와어떤관계가있는지말해보자. 3. 직선전류에의한자기장은도선으로부터의거리와어떤관계가있는지말해보자. m/fxjrsmfur 1. 직선전류주위의자기장을자기력선으로나타내어보아라. 2. 긴직선도선에일정한세기의전류가흐르고있다. 도선으로부터 2r만큼떨어진곳의자기장은거리가 r 인곳의자기장의몇배인가? 3. 진공에서두개의긴직선도선 A, B가그림과같이평면상의두점 A B P(-0.2, 0), Q(0.2, 0) 를지나수직으로놓여있다. 두도선에같 1A 2A 은방향으로각각 1A, 2A의전류가흐를때원점 O에서합성자 y(cm) O Q(0.2, 0) 기장의크기와방향을구하라. P(-0.2, 0) x(cm) 직선전류에의한자기장은전류의세기와거리에관계된다. 프랑스의물리학자비오 (Biot, Jean Baptiste ; 1774~1862) 와사바르 (avart, 두직선전류에의한자기장 Felix ; 1791~1841) 는직선전류가만드는자기장이전류에비례하고 _ 전류의세기를증가시키면직선도선에의한자기장이세어져서자침의회전각이점점증가한다.( 전류의세기와 tan h는비례한다.( 그림 ( 가 )) 전류에의한자기장을 B라할때지구자기장 B 와 tanh 와의관계는다음과같다. B tan h= B=B tan B h 7_ 일정한전류가흐르는도선으로부터거리를점점멀리하면전류에의한자기장이점점약해지므로각 h는점점작아진다. (tan h와거리r는반비례한다. 그림 ( 나 )) tan`q tan`q tan`q 0 I 0 r 0 ( 가 ) ( 나 ) ( 다 ) 1_ B=B tan h(b : 지구자기장 ) 2_ 직선전류에의한자기장은전류의세기에비례한다.(B I) 1 3_ 직선전류에의한자기장은거리에반비례한다.{B } r 1 - r 확인하기 1_ 도선 전류 2_ 자기장의세기는거리에반비례하므로거리가 2배가되면자기장의세기는반으로줄어든다. 3_ 원점 O에서 1A에의한자기장의방향은 +y 방향이고 2A에의한자기장의방향은 -y 방향으로서로반대방향이다. 그러므로 1A에의한자기장을 I 1 B=k =+2_10 =+1.0_10 fl (T) 라하면 r 0.2 2A에의한자기장은 I 2 B=k =-2_10 =-2.0_10 fl (T) 으로나타 r 0.2 낼수있다. 그러므로원점에서의자기장은 (+1.0_10 fl )+(-2.0_10 fl )=-1.0_10 fl (T) 이다. 즉, 원점에서의자기장의크기는 1.0_10 fl (T) 이고방향은 -y 방향이다. Ⅱ. 전기와자기 5 2. 전류의자기작용

6 P H Y I C - Ⅰ 03 j?tsmea ltsy5jc j8mfs lfurlfa 원형전류에의한자기장의모양과세기를설명할수있다. 솔레노이드에흐르는전류에의한자기장의모양과세기를설명할수있다. 강한자기장을만들기위해서는센전류가필요하다. 그러나센전류를흘리지않더라도강한자석을만들수있다. 어떤방법이있을까? 원형도선의각부분을직선도선의일부분으로생각하고, 앙페르의법칙을이용하여원형전류주변의자기장을알아보면, 원형도선의중심에서자기장의세기가가장강하다는것을알수있다. 원형전류중심에서의자기장 B는전류I에비례하고반지름 r에반비례한다. 이때, 자기장의세기를식으로나타내면다음과같다. B=k ;ri; 진공에서비례상수 k 의값은2p 10-7 /A 2 이다. 6 'fzub 솔레노이드전류에의한자기장의모양과방향 관찰, 자료해석 도선을원통형으로조밀하게여러번감아 5 'fzub 원형전류에의한자기장의모양과방향 관찰, 자료해석 놓은것을솔레노이드라고한다. 그림 Ⅱ`- 37 는솔레노이드주위와내부에철가루를 그림 Ⅱ`- 35는원형전류주변에철가루가늘어선모습을나타낸것이고, 그림 Ⅱ`- 36은원형전류주위의자기장을자기력선으로나타낸것이다. 전류 전류 고르게뿌린다음전류를흘렸을때철가루의분포를나타낸것이고, 그림 Ⅱ`- 38는솔레노이드전류주위에생기는자기장을자기력선으로나타낸것이다. Ⅱ`- 37 솔레노이드주위의철가루분포 철가루가일정하게배열된곳은자기력의밀도가균일한곳이다. 전류 오른손 전류 전류 오른손 전류 Ⅱ`- 38 솔레노이드주위의자기력선 Ⅱ`- 35 원형전류주위의철가루분포 Ⅱ`- 36 원형전류주위의자기력선 1. 자기장이가장센곳을찾아보자. 2. 원형전류각부분을직선전류의일부분으로생각할수있는지토의해보자. 3. 원형전류에의한자기장의방향과전류의방향을오른손으로나타내려면어떻게해야하는지토의해보자. 1. 원형전류에의한자기장이가장센곳은어디인가? 2. 원형전류의방향과자기장의방향을오른손으로나타내어보자. 1. 자기장이균일한곳이있는지찾아보자. 2. 솔레노이드전류에의한자기장과전류의방향을오른손으로나타내려면어떻게해야하는지토의해보자. 1. 솔레노이드전류에의해자기장이균일한곳은어디인가? 2. 솔레노이드에흐르는전류의방향과자기장의방향을오른손으로나타내어보자. 3. 솔레노이드전류에의한자기장을막대자석에의한자기장과비교하여설명해보자 만화도입 여러개의원형도선을겹쳐놓으면원형도선 1개에의한자기장보다는센자기장을만들수있다. 이것이바로솔레노이드코일이다. 솔레노이드코일은원형도선을여러개겹쳐놓은것과그효과가같다. 탐구 5 해설 2_ 원형도선은직선도선을구부려서만든것이다. 탐구 6 해설 1_ 솔레노이드내부에는거의균일한자기장이형성된다. 2_ 전류가흐르는방향과일치하게엄지손가락을제외한네손가락으로감쌌을때엄지손가락의방향이전류의방향이된다. 1_ 코일내부 자기장 자기장 자기장 2_ 극 극 3_ 원형도선을직선도선의일부분으로보면원형도선의한부분을엄지가전류의방향과일치하도록오른손으로잡았을때나머지네손가락의방향이자기장의방향이된다. 전류 전류 3_ 전자석과막대자석주위에철가루가늘어선모양은비슷하다. 전자석은전류가흐를때만자기장이생기고막대자석은항상자기장이생긴다. 1_ 원형도선의중심에서의자기장이가장세다. 2_ 자기장의방향은앙페르의오른손의법칙을따른다. Ⅱ. 전기와자기 6 2. 전류의자기작용

7 x P H Y I C - Ⅰ 솔레노이드는원형도선을여러개겹쳐놓은것으로생각할수있고, 솔레노이드에흐르는전류에의한자기장은여러개의원형전류에의한자기장을합성한결과와같다. 따라서, 솔레노이드내부에서의자기장은도선에매우가까운곳과양끝을제외하면거의균일하며, 외부에서의자기장은막대자석에의한자기장과유사하다. 솔레노이드에전류가흐를때내부에만들어지는자기장은전류 I와단위길이당감은수 n에비례한다. 즉, 솔레노이드내부자기장의세기는 B=k ni 로주어지고, 진공에서비례상수 k 의값은4p 10-7 /A 2 이다. 솔레노이드내부에철과같은물질을넣으면자기장이훨씬강해진다. 이러한물질을철심이라고하며, 솔레노이드내부에철심을넣은것을전자석이라고한다. 생활속의과학생활속의과학 가정이나사무실에서사용하는전화기는일반적으로송화기와수화기로구성되어있으며송화기앞에서말을하면음성의강약에따라송화기내부에있는진동판이진동한다. 이러한진동판의진동은흑연가루의밀도를변화시켜송화기내부에불규칙한전류가흐르게한다. 수신기내부에는철심이들어있는코일이있다. 코일에전류가흐르면철심은전류의세기에따라자력의세기가달라지는전자석이된다. 이전자석에의해수신기내부의진동판이떨리면서소리를재생한다. ltsm/fur nv xjckv ltslfntxjr kg wjt jr2kf. 흑연가루가 압축되어있다. 철판이앞뒤로움직인다. 전지 코일이감긴자석 변하는 판이 앞뒤로움직인다. ngngyv ndaufxmd;vur 전종과도어록의원리를찾아서! 그림은전자석을이용한전종 (electric bell) 과솔레노이드를이용한도어 Q 산업현장이나의료기구에서전자석이이용되는예를조사해보자. Ⅱ`- 39 전화기내부구조 록 (door lock) 장치의내부구조이다. 이것들은어떻게작동할까? 스위치 원형전류에의한자기장 전자석 스프링 접촉나사 문의제일위쪽 벽 철 솔레노이드 중심의자기장 B=k ;ri; (k =2p 10-7 /A 2 ) 방향오른나사의법칙 자기장 솔레노이드전류에의한자기장 전종 종 망치 전종 도어록 내부의자기장세기 균일한자기장 B=k ni (k =4p 10-7 /A 2 ) Ⅱ`- 40 원형전류에의한자기장 ngngyv ndaufxmd;vur 그림과같이솔레노이드속에두개의철막대를넣고코일에전류를흘리면철막대는어떻게되는가? 또, 전류를차단하면어떻게되는가? 솔레노이드속의철막대 솔레노이드속의철막대 m/fxjrsmfur 1. 지름이 0.2m인원형도선에 500mA의전류가흐를때, 원형도선중심에서의자기장은얼마인가? 2. 길이가 0.1m인원통에코일을 500회감은솔레노이드가있다. 이솔레노이드에 2A의전류가흐를때내부에서의자기장은얼마인가? 3. 못에도선을감고도선에전류를흘리면못은자석이되어클립을끌어당긴다. 나무막대에도선을감고전류를흘리면나무막대는클립을끌어당기지못한다. 그이유는무엇인가? 스스로생각해보기 생활속의과학 Q 해설 전종 : 전종의스위치를닫으면전자석에전류가흐르고자석을잡아당기면서자석에붙어있는망치가종을친다. 그런데이순간접촉나사를통하여흐르던전류가차단되어망치는원래위치로돌아간다. 그리고다시전자석에전류가흘러종을치는일을되풀이하게된다. 도어록 : 도어록의솔레노이드에전류가흐르면철막대를잡아당겨문의빗장을열게된다. 스스로생각해보기 해설 솔레노이드에전류가흐르면두쇠막대는자화되어서로민다. 그러나전류가흐르지않으면두쇠막대는자성을잃게되어다시원래상태가된다. 기중기 : 전류를흘리면자석이되는전자석의성질을이용하여 고철덩어리를들어올린다. 자기부상열차 : 자석양극의흡인력과반발력을이용해열차를궤 도에서 1cm 정도띄운상태에서궤도의리액션플레이트와리니어모터에자력을발생시켜추진력을만든다. 자기공명영상장치 (M.R.I): 전자석의자력을이용하여생체를자화시켜검사한다. 자기공명영상검사는수술하지않고인체내부를관찰한다. 그밖에전동기, 발전기등이있다. 확인하기 I 0.5 1_ B=k' 에서 B=2p_10 _ =5p_10 (T) r _ 단위길이당감은수는 =5000이므로코일내부에 0.1 서의자기장은 4p_10 _5000_2 =4p_10 (T) 3_ 자화되지않은보통의철은자기구역이무질서한방향을향하고있으나외부에서강한자기장이주어지면자기장과의상호작용에의해서일정한방향으로나열하여자성을띠게된다. 그러나여러종류의원자들로이루어진나무막대는원자들이불규칙하게배열되어있어서자기구역이존재할수없기때문에외부자기장을가하더라도자화되지않는다. Ⅱ. 전기와자기 7 2. 전류의자기작용

8 P H Y I C - Ⅰ 04 lfurlfa nvxjcnt ltsy5uf ;fahgs mrz 전류가자기장속에서받는자기력의방향을설명할수있다. 전류가자기장속에서받는자기력의크기를식으로나타낼수있다. 자석은자기장을만들면서다른자기장속에서자기력을받는다. 그러면자기장을만드는전류도자기장속에서자기력을받을까? 글쎄. 어떻게되는지같이공부해보자. 4. 알루미늄포일양끝에전지를연결한후알루미늄포일의운동을관찰하자. 전류가흐를때알루미늄포일은어느방향으로움직이는가? 5. 전지의극을바꿔서실험해보자. 알루미늄포일의운동방향은어떻게되는가? 6. 건전지대신교류전류를사용하면알루미늄포일의운동이어떻게될지토의해보자. 전류의방향과알루미늄포일이움직이는방향은어떤관계가있는지설명해보자. 7 'fzub 얏! 휘어져라실험준비두꺼운종이, 스티로폼조각 2개 ( 높이 3 4cm 정도 ) 또는나무도막, 알루미늄포일, 6V 건전지, 말굽자석, 칼, 투명테이프 1. 나무도막을 15cm 정도간격으로고정시키자. 2. 알루미늄포일을폭 1cm, 길이 20cm 정도로자른후, 양끝을나무도막에고정시키자. 3. 그림과같이말굽자석을설치하자. 힘의방향 전류의방향 자기장을만드는자석이자기장속에서자기력을받는것과같이 자기력의방향 자기장의 방향 자기장을만드는전류도자기장속 에서자기력을받는다. 자기장의방향 이때, 자기력의방향은그림과같 Ⅱ`- 42 오른손법칙이나타낼수있다. 왼손의엄지와집전류의방향 게손가락및가운뎃손가락을그림과 Ⅱ`- 43 왼손법칙 같이펴고집게손가락을자기장의방향으로향하게한다음, 가운뎃손가락을 전류의방향으로향하게하면엄지의방향이자기력의방향과일치한다. ngngyv ndaufxmd;vur 화면이일그러졌어요! 텔레비전주위에막대자석이나말굽자석을가까이하면그림과같이화면이일그러진다. 그이유는무엇일까? 내가마술보여줄게. 뭔데? 봐! 화면이일그러졌지? 자석에의한화면의변화 ` Ⅱ`- 41 자기장속에서전류가받는힘을알아보는실험장치 만화도입 도선에전류가흐르면주변에자기장이만들어진다. 만약자기장속에서도선에전류가흘러가면전류에의한자기장과외부자기장이서로힘을미치게된다. 이런힘을전자기력이라고한다. 전동기는자석속에서전류가받는힘을이용한것이다. 이힘은외부자기장의세기와도선에흐르는전류의세기에영향을받는다. 탐구 7 해설 4_ 전류가오른쪽방향으로흘러가고자석의앞부분이 극일때알루미늄포일에작용하는힘의방향은윗방향이다. 전류 힘 전류 힘 5_ 전지의극을바꾸어전류의방향을반대로하면알루미늄포일이받는힘의방향은아래쪽이된다. 6_ 힘의방향이계속바뀌게되므로알루미늄포일은진동하게될것이다. 자기장의방향과전류의방향이직각일때알루미늄포일이받는힘의방향은자기장의방향과전류의방향에각각직각이다. 스스로생각해보기해설전류는바로도체내의전하를띠고있는전자의흐름이다. 따라서, 전류가흐르는도선이자기장속에서힘을받는다는사실은곧전자가힘을받는다는것과같다. 텔레비전의브라운관뒤쪽에는전자총이있다. 전자총에서발사된전자가 TV 브라운관앞쪽에있는빨강이나초록색, 또는파란색빛을내는형광물질에부딪히면해당빛을내서원하는화면을구성하는것이다. 이때전자총에서출발한전자는편향코일에서발생하는자기장으로조절해원하는위치로가게한다. 만일 TV 브라운관에자석을가까이하면이자석에의한자기장의영향을받아서전자의경로가달라지는데, 이때문에화면이찌그러지거나색깔이변하게된다. Ⅱ. 전기와자기 8 2. 전류의자기작용

9 P H Y I C - Ⅰ 8 'fzub 처음에가변저항기의저항값을크게하여전류를서서히증가시키도록한다. 일정전류이상에서는전류를증가시켜도자기력의변화를관찰할수없다. 자기장속에서직선전류가받는힘실험, 관찰, 토의자기장속에서직선전류가받는자기력은자기장과도선에흐르는전류의세기와어떤관계가있을까? 준비말굽자석 ( 세기가다른 2종류 ), 전원장치, 가변저항기, 직류전류계, 스위치, 스탠드, 사각형코일 1. 그림과같이말굽자석과사각형코일을장치하고, 전류계와가변저항기, 스위치등을전원장치에연결하자. 자기장속에서직선전류가받는자기력은전류의방향과자기장의방향이수직을이룰때최대로작용하고, 이때, 자기력의크기는자기장의세기와전류의세기및전류가흐르는도선의길이에비례한다. 균일한자기장 B 속에서자기장과수직으로놓인길이 l인도선에전류 I가흐르면, 이도선이받는전자기력의크기 F() 는다음과같다. F=BIl 전류와자기장의방향이각 h를이룰때에는자기력의크기는 F=BIlsin h 가된다. 전류의방향과자기장의방향이서로나란하면도선은자기력을전혀받지않는다. ngngyv ndaufxmd;vur 자기력도상호작용일까? 중력은질량들사이의상호작용이라고하고, 전기력은전하들사이의상호작용이라고한다. 그렇다면자기력은움직이는전하, 즉전류들사이의상호작용이라고할수있을까? 자기장속에서직선전류가받는 자기력의방향 자기력의방향 자기장의방향 Ⅱ`- 44 자기장속에서직선전류가받는힘을알아보는실험장치 2. 스위치를닫아사각형코일에전류가흐르게하자. 자기장속에서전류가흐르는도선이힘을받는가? 3. 가변저항기를조절하여전류의세기를변화시켜보자. 전류의세기가증가할수록도선에작용하는힘의크기는어떻게되는가? 4. 세기가다른말굽자석을사용하여실험해보자. 자석의세기에따라도선에작용하는자기력의크기는어떻게되는가? 1. 도선에작용하는자기력의크기를결정하는요소는무엇인지말해보자. 2. 전류의세기는도선에작용하는자기력의크기와어떤관계가있는가? 3. 전류의방향과자기장의방향은자기력의방향과어떤관계가있는가? 자기장속에서직선전류가받는자기력의크기 자기장과전류의방향이서로수직일때 : F=BIl 전류와자기장의방향이각 h를이룰때 : F=BIlsinh m/fxjrsmfur 전류의방향 Ⅱ`- 45 왼손법칙 1. 전류가흐르는도선이자기장속에서자기력을받지않으려면전류의방향과자기장의방향은어떻게되어야하는가? 2. 균일한자기장속에자기장과수직방향으로 2A의전류가흐르는도선이있다. 이도선이받는힘이 1m당 이라면, 이도선이있는곳의자기장은얼마인가? 탐구 8 해설 2_ 자기장속에서전류가흐르는도선은힘을받는다. 3_ 전류의세기를증가시키면도선이받는힘도커진다. 4_ 자기장이세지면도선이받는힘도커진다. 1_ 자기장의세기와도선에흐르는전류의세기 2_ 전류의세기가증가하면자기력의세기도증가한다.( 비례관계 ) 3_ 왼손의엄지와집게손가락및가운뎃손가락을서로직각이되도록펴고집게손가락을자기장의방향으로향하게한다음, 가운뎃손가락을전류의방향으로향하게하면엄지손가락의방향이자기력의방향과일치한다. 스스로생각해보기해설만유인력을알게되기훨씬오래전부터인간에게알려진힘이있었다. 이상한돌멩이 ( 자철석 ) 가떨어져있어도서로끌어당겼고호박에모피를문지르면멀리있어도서로잡아당기었다. 잘알다 시피이들은자석사이에작용하는자기력과전하사이에작용하는전기력이다. 한동안전기현상과자기현상이서로독립된다른현상이라고알고있었지만그들은결국한가지현상의두가지측면임을알게되었다. 전기현상은전하에의한상호작용이고자기현상은움직이는전하, 즉전류에의한상호작용이다. 확인하기 1_ 자기장속에서도선이받는힘의크기는 F=Bil sin h 이다. 여기서 h는전류의방향과자기장의방향이이루는각도이다. 그러므로전류가흐르는도선이자기장속에서힘을받지않으려면 sin h가 0이되어야하므로 h는 0 또는 180 가되어야한다. 즉, 전류의방향과자기장의방향이같거나정반대방향이면전류가흐르는도선은힘을받지않게된다. 2_ F=Bil sin h에서 6_10 =B_2_1이므로자기장의세기는 B=3_10 (T) 이다. Ⅱ. 전기와자기 9 2. 전류의자기작용

10 3 + - P H Y I C - Ⅰ 05 ltslfuryexj8 jrj3 a 전류계와전압계및전동기의원리를설명할수있다. 전자기력이이용되는예를들수있다. 10 'fzub 전류계와전압계의원리 자료해석, 관찰, 토의 그림은일반적으로많이사용되고있는가동코일형전류계와전압계의모습및전류계의내부구조를나타낸것이다. 가정에서사용하는전기제품중에는내부에영구자석이나코일이들어있는것들이있다. 전기제품에서이들자석이나코일은어떤역할을할까? 용수철 (-) 극 Ⅱ`- 46 일반가정에서사용하는전기제품 영구자석 (+) 극 가동코일 'fzub 9 전류가흐르는사각형코일이받는자기력 자료해석, 조사 Ⅱ`- 48 전류계 Ⅱ`- 49 전압계 Ⅱ`- 50 전류계의내부구조 1. 전류계속에는영구자석이들어있다. 영구자석의역할은무엇인지토의해 자기장속에놓여있는직선도선에전류가흐르면자기력을받는다. 전류가흐르는사각형코일을자기장속에놓으면어떻게될까? 보자. 2. 영구자석안에는가동코일이들어있고, 가동코일속에는연철심이들어 C 있다. 연철심이들어있는이유가무엇인지토의해보자. I B 3. 가동코일의중심축에는나선형용수철이달려있다. 이용수철의역할에대 D 1. 사각형코일면이자기장속에수직방향으로놓여있다. 하여토의해보자. 4. 가동코일에전류가흐르면코일에는어떤힘들이작용하는지토의해보자. I 2. 화살표방향으로일정한세기의전류가흐르면코 B 일의각부분에는어떤방향으로힘이작용하는지 A I 토의해보자. 1. 전류계를전기회로에연결할때, 작동원리에대하여설명해보자. I 도선 AB, BC, CD, AD에는각각어느방향으 Ⅱ`- 47 자기장속에놓인 2. 전류계와전압계의공통점과차이점에대하여말해보자. 로자기력이작용하는가? 사각형코일 3. 사각형코일에작용하는자기력의합이어떻게되는지토의해보자. 4. 자기장속에서전류가흐르는사각형코일이자기력을받아회전하려면코전류계는회로에직렬로연결하 전류계에허용전류이상의센전류가흐르게되면줄열에의해전류계의가동 r코일 일의위치가어떻게되어야하는지토의해보자. 여사용하기때문에내부저항이코일이타버릴수있다. 매우작아야한다. R 1. 전류가흐르는사각형코일이자기장속에어떻게놓일때자기력의합력이 0이되는가? 2. 전류가흐르는사각형코일이회전하려면코일의위치가어떻게되어야하 따라서, 그림과같이작은저항을가동코일과병렬로연결하면대부분의전류는작은저항기를통해흐르고일부분 Ⅱ`- 51 분류기만가동코일로흐르게되어큰전류를 V 는가? 측정할수있다. 이와같이가동코일에병렬로연결한작은저항을분류기 라고한다 사진도입 전기제품속의코일은전류가흐를때열을발생시키는역할 도하지만자기장을만드는역할을하기도한다. 탐구 9 해설 2_ 자기장속에서코일이받는힘은오 I C 른쪽그림과같다. D 3_ 도선 BC와도선AD에작용하는힘은서로정반대방향이므로상쇄되어 FÎÇ FÇı FÅı B FÅı 사각형코일의운동에아무영향을미치지않는다. 그러나도선 AD와 FÅı B 도선 BC에작용하는힘의방향은정 A 반대방향이지만작용선이일직선상 에있지않기때문에사각형도선이회전하게한다. 1_ 사각형코일을이루는면이자기장에수직이면사각형코일에 작용하는자기력들이같은평면상에있으면서합력도 0이된다. 2_ 사각형코일을이루는면이자기장에수직이아니면사각형 코일은회전하게된다. 탐구`10 해설 1_ 전류계속의영구자석의역할은가동코일에전류가흘러갈때가동코일에힘을준다. 2_ 가동코일에연철심을넣으면가동코일에의한자기장이더세져서가동코일과영구자석사이의상호작용이더커진다. 3_ 가동코일이힘을받아회전할때회전각이커질수록용수철의복원력 ( 탄성력 ) 이커진다. 복원력과가동코일에작용하는힘이비겨서평형을이룰때까지회전하게된다. 4_ 코일에작용하는힘은전자기력과코일의복원력이다. 1_ 회전할수있는가동코일을자석의두극사이에놓고코일에전류를흘리면코일은자기장속에서전자기력을받아회전하게되고회전한각도는전류의세기에비례하게된다. 1_ 공통점 : 영구자석사이에회전할수있는가동코일이들어있다. 차이점 : 전압계는내부저항이아주크고, 전류계는내부저항이아주작다. Ⅱ. 전기와자기 전류의자기작용

11 + - P H Y I C - Ⅰ 11 'fzub 전압계는회로에병렬로연결하여사용해야하기때문에내부저항이매우커야한다. 전압계에허용전압이상의큰전압이걸리게되면센전류가흐르게되고, 이때발생하는열때문에가동코일이타버릴수있다. 그림과같이저항이매우큰저항기를 가동코일과직렬로연결하면대부분의전압은큰저항기에걸리고, 일부분만가동코일에걸려큰전압을측정할수있다. 이와같이가동코일에직렬로연결한저항을배율기라고한다. R r V 여러개의분류기및배율기가있는전 Ⅱ`- 52 배율기 류계및전압계를이용하면여러영역의전류와전압을측정할수있다. 직류전동기속엿보기! 관찰, 토의그림 Ⅱ`- 52는실제전동기의내부를나타낸것이고, 그림 Ⅱ`- 53는전동기의회전원리를설명하기위하여단순화시킨것이다. 코일 1. 가동코일에작용하는힘의근본은무엇인가? 2. 전동기와전류계의유사점과차이점을말해보자. 3. 전동기내부에서일어나는에너지전환에대하여설명하고, 전동기가들어있는전기기구들의예를들어보자. ngngyv md;vur 간단한직류전동기만들기굵은에나멜선을지름 2cm 정도로 2~3 회감아서원형코일을만든후, 코일의한쪽은에나멜을전부벗겨내고, 다른쪽은절반만벗긴다. 그다음에굵은구리줄로지지대를만들어나무도막위에고정시킨다. 그위에코일을얹고그아래에자석을놓고지지대에전지를연결하면코일이빠르게 완성된모형회전한다. 코일이회전하는이유는무엇일까? 물체에같은크기의두힘이서로반대방향으로작용하더라도작용점이다르면물체는회전을한다. F 전류계와전압계 작동원리자기장에서전류가받는자기력 분류기센전류를측정할때사용, 전류계에병렬연결, 가동코일의저항보다작은저항 정류자 브러시 배율기높은전압을측정할때사용, 전압계와직렬연결하여사용, 가동코일의저항보다큰저항 전동기 에너지전환전기에너지 역학적에너지 Ⅱ`- 53 전동기내부 Ⅱ`- 54 전동기의회전원리 1. 전동기의내부구조를전류계와비교하여작동원리가같은지토의해보자. m/fxjrsmfur 2. 전동기가동코일의끝에는정류자가붙어있다. 이정류자의역할에대하여토의해보자. 1. 저항이 R고최대전류 I가흐를수있는전류계에서최대 10배까지의전류를측정하기위해서연결해야하 3. 전동기내부에는여러개의가동코일이들어있다. 그이유가무엇인지토는분류기의저항의크기는얼마인가? 의해보자. 2. 내부저항이 20kX이고 10V까지측정할수있는전압계에배율기를연결하여 100V의전압을측정하고 4. 가동코일에전류가흐르면가동코일이계속하여회전하게된다. 이때작자한다. 배율기의전압은얼마인가? 용하는힘에대하여토의해보자 탐구`11 해설 1_ 전동기와전류계는자기장속에서전류가흐르는도선이힘을받는원리를이용한것으로전동기는계속회전할수있게만든것이고, 전류계에는용수철이부착되어있어서전자기력과용수철의복원력이비길때까지만회전할수있도록만든것이다. 2_ 가동코일이반바퀴돌았을때에도전류의방향이바뀌지않고계속같은방향으로힘을받아돌수있도록하는역할을한다. 3_ 자기장속에서도선이받는힘의크기는자기장속에놓여있는도선의길이에비례한다. 그러므로전동기가큰회전력을얻으려면자기장속에놓여있는도선의길이가길어야한다. 즉, 같은공간속에서도선을많이감아가능한한큰회전력을얻기위해서이다. 4_ 일단회전하게되면코일이힘을받지않는위치로돌아가더라도관성에의해서계속회전하게된다. 특히그림 Ⅱ-53과같이가동코일이세개인경우에는코일의위치에상관없이코일이계속힘을받게된다. 1_ 자기장속에서전류가흐르는도선이받는전자기력 2_ 유사점 : 자기장속에서전류가받는힘을이용한다. 차이점 : 전동기는정류자가있어서계속같은방향으로회전할수있으나전류계는용수철이부착되어있어서용수철의탄성력과전자기력이같아지는순간까지만회전할수있다. 3_ 전동기는전기에너지를운동에너지로전환시킨다. 선풍기, 에어컨, 냉장고, 세탁기등다양한제품에이용되고있다. 스스로해보기해설자기장속에서전류가흐르는도선이받는힘에의해서회전하게된다. 확인하기 1_ 최대 I의전류가흐를수있는전류계에 10I의전류가흐르면전류계가파괴되므로 9I의전류는다른길로흐르도록전류계에병렬로저항을연결하여주어야한다. 전류계에흐르는전류의 9배가흐르려면병렬로연결된저항의저항값은전류계저항의 ;9!; 배가되어야한다. 2_ 전압계와배율기는직렬연결이므로배율기에는 90V의전압이걸려야한다. Ⅱ. 전기와자기 전류의자기작용

12 P H Y I C - Ⅰ 06 ltslfur j5kv 전자기유도현상을설명할수있다. 유도기전력의크기를정량적으로나타낼수있다. 얘들아! 아빠가선물을사왔다. 12 'fzub 에게! 이게뭐야. 장난감팽이잖아! 자석으로전류를만들어보자. 준비 솔레노이드코일, 검류계, 막대자석, 집게달린전선 색다른팽이야. 멈추지않고계속돈단다. 어어! 진짜멈추지않고계속돌고있네. 그리고왔다갔다하네. 어떻게팽이가멈추지않고계속돌수있지? 실험, 관찰, 토의 1. 그림과같이솔레노이드코일을검류계에연결하자. 2. 자석의 극을코일속에넣었다가빼는동작을반복해보자. 극을코일속에넣을때와뺄때검류계의바늘은어떻게움직이는가? 3. 자석의 극을코일가까이또는멀리해보자. 이때전류계의바늘이움직이는가? Ⅱ`- 55 실험장치 4. 자석의속력을변화시키거나자석의극을바꾸어실험을반복해보자. 5. 단위길이당감은횟수가다른코일로실험해보고, 또세기가다른자석으로실험해보자. 1. 검류계에흐르는전류를코일속의자속변화와관련지어설명해보자. 2. 검류계에흐르는전류의세기를결정하는요소는무엇인가? DU의단위가 Wb이고, Dt의단위가 s일때, E의단위는 V 가된다. 자기장속에서도체를움직이거나자기장을변화시키면도체가전지와같은역할을하게된다. 이와같은현상을전자기유도라고한다. 도체양끝에생기는전압을유도기전력이라하고, 도체에흐르는전류를유도전류라고한다. 감은횟수가 n인코일이시간 Dt 동안에자속의변화가 DU일때, 유도기전력의크기는 DU E=-n Dt 가된다. 이것을전자기유도에관한패러데이의법칙이라고한다. 한편, 코일에흐르는유도전류의방향은코일을지나는자기장의변화에따라다르게나타 난다. 이때, 유도전류는코일속을지나는자유도전류 속의변화를방해하는방향으로생긴다. 이것을렌츠의법칙이라고한다. 자석을코일에가까이하면유도전류에의 Ⅱ`- 56 렌츠의법칙한자기장이생겨서자석의운동을방해한다. 따라서, 유도전류를만들려면일을해주어야한다. 즉, 전자기유도현상은역학적에너지가전기에너지로전환되는현상이므로에너지보존법칙이성립한다. 렌츠의법칙은에너지보존법칙의한표현이라고할수있다. 전자기유도자속의변화가있는도체에전압이유도되는현상 렌츠의법칙유도전류는자속의변화를방해하는방향으로흐른다. ( 에너지보존법칙 ) DU 패러데이의법칙 E=-n (n : 감은수, DU : 시간 Dt 동안의자속의변화량 ) Dt m/fxjrsmfur 1. 그림과같이솔레노이드에저항 R가연결되어있다. (1) 극을접근시킬때솔레노이드에흐르는전류의방향은 어느쪽인가? (2) 극을접근시킬때솔레노이드에흐르는전류의방향은어느 R 쪽인가? 2. 단면적이 40cm 2 이고, 감은수가 100회인솔레노이드의내부를 A 솔레노이드주위의자석운동 B 지나는자기장이 0.5초동안에 2Wb/m 2 만큼변하였다. 코일에유도되는기전력은얼마인가? 만화도입 요술팽이의원리 : 팽이가도는판의내부는금속에코일을감아건전지의전원을공급함으로전자석이만들어져있는상태이며이전자석위를자석팽이가돌게꾸며졌다. 판위에서돌고있는팽이의극성과는관계없이판안에형성되어있는전자석의극성은팽이의상태에따라변하게된다. 팽이가전자석에접근할때 : 같은극성이됨`-`팽이를밀쳐냄 팽이가전자석에서멀어질때 : 다른극성으로변함`-`팽이를잡아당김. 이러한극성변화로팽이는제자리에서돌지않고타원또는별모양을그리며도는것이다. 1_ 검류계에흐르는전류의방향은코일을통과하는자속의변화를방해하는방향으로만들어진다. 즉, 자석을가까이하여코일을통과하는자속이증가하면자속의증가를방해하는방향 ( 증가하는자속을상쇄시키는방향 ) 으로코일에전류가흐르고, 코일을통과하는자속이감소하면자속을보충시키는방향으로코일에전류가흐른다. 2_ 자석을움직이는속도, 자석의세기, 솔레노이드코일의감은수 확인하기 탐구 `12 해설 2_ 자석을넣을때만들어지는전류와뺄때만들어지는전류의방향이반대이다. 3_ 자석을빠르게움직일수록검류계의바늘이많이움직인다. 4_ 자석의극을바꾸면전류의방향이반대가된다.( 극을넣을때와 극을넣을때검류계의바늘이움직이는방향이반대이다.) 5_ 솔레노이드코일의감은수가많을수록검류계의바늘이많이움직인다. Ⅱ. 전기와자기 전류의자기작용 1_(1) 극이가까워지면코일의오른쪽방향으로향하는자속이증가하므로왼쪽으로향하는자속을만들어서상쇄시키는방향으로전류가흐른다. (A``R``B) (2) 극이가까워지면코일의왼쪽방향으로향하는자속이증가하므로오른쪽으로향하는자속을만들어서상쇄시키는방향으로전류가흐른다. (B``R `A) DU 2_ E=-n 와 U=BA에서 Dt DBA 2_40_10 E=-n =-100_ =1.6(V) Dt 0.5

13 P H Y I C - Ⅰ 07 ltslfur j5kvj8 jrj3 a 5. 그림과같이알루미늄판이말굽자석사이로잘지나갈수있도록설치한후 플라스틱자를진동시켜보자. 일상생활에서전자기유도를이용하는예를찾을수있다. 전자기유도를이용하는기구들의원리를설명할수있다. 6. 알루미늄판을바꾸어서플라스틱자에붙이고실험해보자. 아빠! 할아버지으응, 저기계는께서뭐하시는금속탐지기라 휴가철때사람들이잃어버린동전이나금속류를찾고계시지! 거예요? 는건데. 어떻게찾을수있을까? 어떤모양의알루미늄판이가장먼저진동을멈추는가? 1. 알루미늄판의속도에변화가생기는이 유를말해보자. 2. 이와같은원리를이용한기구를조사해 13 'fzub 알루미늄진자가느려진다 관찰, 토의 보자. Ⅱ`- 59 전자기유도현상을알아보는실험장치 일상생활에서볼수있는도체속에는많은전자들이있는데, 이들의이동이전류를만들게된다. 알루미늄판을강한자석속에서움직이면어떤현상이일어날까? 준비스탠드, 알루미늄판 3개 (5cm 5cm 정도 ), 얇은플라스틱자, 강한말굽자석, 클램프, 둥근나무젓가락, 접착테이프, 칼, 송곳 1. 알루미늄판을각각그림과같은모양으로자르자. 전자기유도현상에는자체유도현상과상호유도현상이있다. 자체유도코일자체에흐르는전류의변화로자기장의변화가생기고, 이자기장의변화로인해코일자체에유도기전력이생기는현상 상호유도한코일의자기력선의변화로인접한코일에유도기전력이생기는현상 ngngyv md;vur 전자기유도를이용하는기구들 그림은우리주위에서쉽게볼수있는기구나가전제품들이다. 전자기유도를이용한것들을찾아보자. 어떤원리로작동하는것일까? 자성물질이발라진각종카드 ( 디스켓 ) 토스터기 적산전력계 V 자홈을판나무젓가락 플라스틱자 Ⅱ`- 57 여러가지모양의알루미늄판 알루미늄판을자르거나실험장치를설치할때손을다치지않도록주의한다. 2. 둥근나무젓가락의한쪽끝에 자홈을만들자. 알루미늄판 3. 플라스틱자의한쪽끝에알루미늄판을붙이자. 금속탐지기 헤어드라이어 자전거발전기 4. 플라스틱자의다른쪽끝에큰구멍을뚫어나무젓가락의 자홈에걸치도 Ⅱ`- 58 알루미늄진자를 이밖에전자기유도를이용한것으로는어떤것들이있는지조사해보자. 만드는방법 록하자 만화도입 금속탐지기에는두개의코일이장치되어있다. 한쪽코일에교류전류가흐르면이전류에의한자기장변화가두번째코일에유도전류를흐르게한다. 그러나코일근처에금속이있으면금속에유도전류가흐르면서두번째코일에생기는자기장의변화를감지하게된다. 탐구`13 해설 5_ 자기장속에서도체판을움직이면도체판에유도전류 ( 맴돌이전류 ) 가생긴다. 맴돌이전류의방향은자기장의변화를방해하는방향 ( 도체판의움직임을방해하는방향 ) 이다. 6_ 틈이없는알루미늄판에서맴돌이전류가가장잘흐르므로첫번째알루미늄판이가장먼저멈춘다. 1_ 알루미늄판에생기는전류의방향은알루미늄판의움직임을방해하는방향으로생긴다. 그러므로알루미늄판에많은전류가유도될수록알루미늄판은빨리멈춘다. 2_ 전력량계, 맴돌이브레이크 스스로해보기해설 자기물질이발라진각종카드나디스켓은일종의자석이다. 디스켓이코일로이루어진헤드밑을지날때전자기유도현상에의해서코일에유도전류가흐른다. 전력량계는알루미늄으로만든회전원판을사이에두고위아래로고정코일 ( 전류코일 ) 과가동코일 ( 전압코일 ) 이있고, 계량장치와영구자석이배치되어있다. 고정코일과가동코일에전류가흐르면두코일사이에전자기력이생기고이힘에의해원판이돌게된다. 금속탐지기속에는교류전류가흐르는코일이있어서자기장이변하게된다. 이렇게변하는자기장속에어떤금속조각이들어오면전자기유도현상에의해금속내부에유도전류가발생하고, 이전류는주변공간에약간의자기장을만들게된다. 이작은자기장의변화를금속탐지기속에있는코일에서감지하여유도전류를발생시키고, 이전류를탐지기의회로에서증폭하여주변에금속이있다는사실을확인할수있다. 자석사이에서코일을빠른속도로회전시키면코일을지나는자속이시간에따라변하여전자기유도현상에의해유도기전력이생긴다. 이것이자전거의발전기이다. Ⅱ. 전기와자기 전류의자기작용

14 P H Y I C - Ⅰ 14 'fzub 녹음테이프는산화철등의자성물질을비닐에입혀만드는데녹음전에는자성물질의미세한알갱이가임의로배열되어있다. 소리의녹음과재생 우리는녹음기를이용하여필요한음악이나소리등을녹음하고, 녹음된소리를재생하기도한다. 녹음기는소리를어떻게녹음하고재생하는것일까? Ⅱ`- 60 녹음기그림은녹음테이프에소리를녹음하고녹음된소리를재생하는을나타낸것이다. 마이크 테이프 앰프 녹음 헤드 테이프 앰프 스피커 자료해석, 추리 생활속의과학생활속의과학 보통의기타에는속이비어있는울림통이있지만, 전기기타에는울림통이없다. 전기기타는어떻게소리를낼까? 전기기타에는기타줄의진동을전류로바꾸는전기픽업 (pick up) 장치가있다. 픽업장치는자석에도선을감아놓은솔레노이드코일로서기타줄바로아래에위치하며, 증폭기에연결되어있다. 그리고모든기타줄은자석에의해자화되어있다. 이와같이자화된기타줄을퉁기면코일내부의자기장이변해서코일에는유도전류가흐르게된다. 이유도전류를증폭기로적당하게증폭한후스피커의코일에흐르게하면, 스피커의진동판이진동하여소리를낸다. 자기장의변화는기타줄의진동형태에따라달라지고, 유도전류의크기는픽업의진동상태나코일의감은수에따라달라질수있으므로이것을변화시키면원하는높이의소리를얻을수있다. 코일 ltsur ur'fjchgs jbwyrz'vajr jtxhgskcy. 자석 증폭기 Ⅱ`- 61 녹음테이프에소리를녹음하고재생하는 1. 여러가지소리는마이크를통해전류신호로바뀐다. 이에서에너지전환과전자기유도현상에대하여토의해보자. 앰프의역할은무엇인가? 2. 코일이감긴녹음헤드의역할에대하여토의해보자. 녹음헤드에코일이감겨져있는이유는무엇인가? 3. 테이프가녹음헤드를지나가는동안에테이프에는어떤변화가일어나는지조사해보자. 4. 소리가기록된자기테이프가재생헤드를지나가면코일에는어떤변화가생기는지토의해보자. 코일에는일정한세기의전류가흐르는가? 1. 소리가기록되는동안의에너지전환에대하여말해보자. 2. 소리가녹음되는과재생되는을설명해보자. 3. 녹음테이프가재생헤드를지나갈때일어나는전자기유도현상에대하여설명해보자. Q Ⅱ`- 62 전기기타 Ⅱ`- 63 픽업장치일반기타에는쇠줄과플라스틱줄을모두사용할수있다. 그러면전기기타에도플라스틱줄을사용할수 있을까? 전자기유도를이용한기구발전기, 마이크, 녹음기, 컴퓨터하드디스크, 현금지급기, 금속탐지기, 신용카드등 녹음소리 마이크 ( 소리에너지 전기에너지 ) 전류신호 녹음기의헤드 ( 전류의자기작용 ) 테이프 ( 소리기록 ) 재생자기적정보 재생헤드 ( 전자기유도 ) 유도전류 증폭기 스피커 ( 전류의자기작용 ) 진동판 ( 소리재생 ) m/fxjrsmfur 1. 예금통장이나전철표의뒷면에는검은띠가붙어있다. 이물질의특성은무엇인가? 2. 공중전화카드에는다음과같은글귀가있다. 그이유를설명해보아라. 자기에접근시키지마시고, 훼손에주의하십시오 탐구`14 해설 1_ 약한전기신호를센전기신호로증폭한다. 2_ 녹음헤드는테이프를자화시키는전자석이다. 3_ 녹음헤드의코일에전류가흐르면, 이전류의세기와방향의변화에따른자기장이생겨서자기테이프를자화시킨다. 4_ 재생헤드에감겨진코일에는테이프표면의자속밀도에비례하는유도전류가흐르게되므로녹음된테이프로부터음성신호를얻을수있다. 1_ 소리에너지가전기에너지로전환된다. 2_ 마이크에서음성신호가전기신호로바뀌며이전기신호가녹음헤드 ( 코일 ) 에흐르면세기와방향의변화에따른자기장에의해서자기테이프를자화시킨다. 재생될때에는자화된테이프 ( 일종의자석 ) 가재생헤드 ( 코일 ) 를지나면서재생헤드에유도전류를흐르게한다. 이전류를증폭하여스피커를울리게한다. 3_ 녹음테이프는일종의자석이다. 이자석이코일로이루어진재생헤드를지나면코일에유도전류가흐르게된다. 생활속의과학 Q 전기기타의줄은자석에의해자화되어있다. 이줄이픽업장치 ( 코일 ) 근처에서진동하면코일에는전자기유도에의해서유도전류가 흐르게된다. 이때유도전류의세기와방향은줄의진동수와자화된 줄의자기장의세기에관계된다. 빠르게진동할수록, 자기장이셀수록 유도전류는세게흐를것이다. 만약전기기타의줄을일반기타에서 사용하는플라스틱줄을사용한다면전자기유도현상이일어나지않는 다. 그러나플라스틱줄에자성물질을바른후자화시키면쇠줄과마찬 가지로소리를낼수있다. 확인하기 1_ 예금통장이나전철표의뒷면에붙어있는검은띠는녹음테이프나디스켓과마찬가지로플라스틱에자성물질을바른것이다. 여기에는자기장의형태로여러정보가기록되어있다. 2_ 공중전화카드에도예금통장이나전철표와마찬가지로자기장의형태로정보가저장되어있다. 만약공중전화카드를자석으로문지른다면카드에형성되어있던자기장이변하게되어여기에저장된정보가변하거나없어지게된다. Ⅱ. 전기와자기 전류의자기작용