[전기 이론] 페러데이 법칙, 렌츠의 법칙, 플레밍의 오른손법칙

 발전기를 설명할 때 가장 기본으로 알아야 할 것은 전자기 유도(電磁氣誘導, Electromagnetic Induction)현상이다. 전자기 유도현상은 전기와 자기의 상호작용으로 발생하는 현상을 의미한다. 학창시절에 한 번쯤은 해본 검류계 실험이 바로 전자기 유도현상으로 볼 수 있다. 아래의 그림처럼 고정되어 있는 코일에 자석을 위아래로 움직이게 되면 유도전류가 발생하게 된다.

검류계 실험 / 출처 : 삼성디스플레이 뉴스룸

 

 이와 같은 실험을 통하여 페러데이는 임의의 폐회로에서 발생하는 유도기전력의 크기는 폐회로를 통과하는 자기선속의 변화하는 비율에 비례한다는 것을 밝혀냈고 이를 패러데이 법칙이라 부르게 되었으며 공식은 다음과 같다.

패러데이 법칙 공식

 

 더 나아가 위의 다시 살펴보면 자석을 가까이 하게 되면 자석에 의한 자기장의 방향과 반대 방향으로 유도 전류에 의한 자기장이 생긴다. 반대로 자석을 멀리하게 되면 자석에 의한 자기장과 같은 방향으로 유도 전류에 의한 자기장이 생긴다. 이를 통해 알 수 있는 것은 유도기전력에 의해 발생되는 전류가 코일 내 자속변화를 방해하는 방향으로 발생한다는 것을 알 수 있으며 이를 렌츠의 법칙(Lenz's Law)이라 한다. 이에 대한 공식은 기전력의 반대 방향이라 패러데이 법칙의 음의 부호를 붙혀주면 된다.

렌츠의 법칙 공식

 

이전에 언급했던 중요한 법칙은 바로 플레밍의 법칙이였고 플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리가 되고 플레밍의 오른손법칙은 발전기의 원리가 된다. 이를 다시 설명하자면  오른손법칙의 경우, 자기장이 존재하는 상황에서 자기장 내에서 운동에너지가 발생하면 자기장의 변화로 기전력이 유도되어 도선에 흐르게 되고 발전기를 설명하는 원리가 되는 것이다. 반대로 왼손법칙의 경우, 자기장이 존재하는 상황에서 도선에 전류를 흘리게 되면 앙페르의 오른나사법칙에 의해 도선 주변에 자기장이 발생하게 되고 기존 자기장과 도선에서 발생되는 자기장이 충돌하게 되어 운동에너지가 발생하며 전동기를 설명하는 원리가 된다.

플레밍의 법칙 / 출처 : 제이엔지니어링

 

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