전류의 작용

자기장에서 전류가 받는 힘

1. 전류의 자기 작용 (1) 도선 주위의 자기장 : 전류가 흐르는 도선 주위에 자침을 놓을 때에 자침의 바늘이 움직이는 것은 도선 주위에 생기는 자기장과 자침의 자기장이 서로 작용하기 때문이다. 이 때 자침의 바늘이 움직이기 쉬우므로 회전하게 된다. (2) 말굽 자석 사이의 자기장 : 말굽 자석의 두 극 사이에 도선을 놓고 그 도선에 전류를 흐르게 하면 도선이 힘을 받아 움직인다. 이것은 도선 주위의 자기장과 자석의 자기장이 서로 힘을 미치기 때문이며, 무거운 자석보다 도선이 가벼우므로 도선이 움직이게 된다. 2. 자기장에서 전류가 받는 힘의 방향 (1) 자석의 N극과 S극의 위치를 바꾸거나 전류의 방향을 바꾸면 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향이 바뀌며, 전류가 흐르는 도선은 자기장의 방향과 전류의 방향에 수직인 방향으로 힘을 받는다. (2) 오른손을 써서 알아보는 방법 : 다음 그림과 같이 자기장의 방향으로 오른손의 네 손가락을 펴고 전류의 방향을 엄지손가락으로 가리켰을 때 도선이 받는 힘의 방향은 손바닥이 향하는 방향이 된다. (3) 왼손을 써서 알아보는 방법(플레밍의 왼손 법칙) : 왼손의 세 손가락을 다음 그림과 같이 서로 직각이 되도록 펴고, 둘째 손가락을 자기장의 방향으로, 셋째 손가락을 전류의 방향으로 향하게 하면, 엄지손가락이 가리키는 방향이 힘의 방향이 된다. 3. 자기장에서 전류가 받는 힘의 크기 (1) 전류의 세기와 힘의 크기 : 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기는 전류의 세기에 비례한다. (2) 자기장의 세기와 힘의 크기 : 전류의 세기가 같더라도 센 자석을 사용하면 도선이 많이 이동한다. 즉, 자기장이 세어지면 도선이 받는 힘도 커진다. (3) 전류와 자기장의 방향에 따른 힘의 크기 : 도선이 받는 힘의 크기는 전류의 방향과 자기장의 방향이 직각일 때에 가장 크고, 평행일 때에는 힘이 작용하지 않는다.

자기장에서 전류가 받는 힘

1. 자기장의 합성에 의한 힘의 방향 말굽 자석 안에서 다음 그림 ㈎와 같은 방향으로 전류가 흐르면 도선은 오른쪽으로 힘을 받는다. 이것은 다음과 같은 자기장의 합성으로 해석할 수도 있다. 그림 ㈏에서 A부분은 자석과 도선에의한 자기장이 같은 방향이므로 자기장이 세어 지고, B부분은 두 자기장이 반대 방향이므로 자기장이 약해진다. 이러한 자기장의 세기를 자기력선으로 그리면 그림 ㈐와 같이 A부분은 자기력선의 간격이 좁고, B부분은 간격이 넓어진다. 이러한 차이로 도선은 오른쪽으로 힘을 받는다. 2. 전류가 흐를 때에 도선이 힘을 받는 이유 전자처럼 전하를 띤 입자는 자기장에서 움직일 때에 힘을 받는다. 도선에 흐르는 전자는 힘을 받지만 밖으로 나가지 못하고 그 대신 도선 자체가 움직이는 것이다. 금세기에 들어오면서 전류가 전자로 되어 있다는 것을 영국의 과학자 톰슨이 알아 낸 것도 진공관에서 방전되어 나오는 전자의 경로가 자기장에 의하여 휘는 것을 조사한 실험을 통해서이다. 오늘날 텔레비전 화면이 나타나는 것도 브라운 관에서 움직이는 전자가 전기장과 자기장에 의하여 휘어지는 것을 이용한 것이다.

자기장 내에서 전류가 받는 힘의 이용

1. 전동기 (1) 전동기의 구조 : 전동기는 도선이 자기장 내에서 받는 힘을 이용하여 회전 운동을 얻는 장치이다. 전동기는 다음 그림과 같이 고정되어 있는 영구 자석의 N극과 S극 사이에서 회전할 수 있는 전자석(전기자)과 180°회전할 수 있는 전자석에 감은 코일에 흐르는 전류의 방향을 반대로 바꾸어 주는 정류자와 브러시로 되어 있다. (2) 전동기의 회전 원리 ① 그림 ㈎에서 전기자라고 부르는 전자석의 코일에 전류가 흐르면 전자석의 N극은 자석의 N극에 의하여 척력이 S극 쪽으로 돌아간다. ② 그림 ㈏에서 전자석의 N극이 자석의 S극에 가까이 가면 정류자의 접속 부분이 바뀌므로 전류의 방향이 반대로 된다. 그러면, 전자석의 N극이 S극으로 바뀌어서 자석의 S극으로 밀리므로 또다시 같은 방향으로 돌게 된다. 이와 같이 직류 전류가 흐를 때 전기자에 흐르는 전류가 정류자에 의하여 주기적으로 변하면서 전기자도 계속 회전한다. (3) 전동기의 이용 : 건전지에 의해 돌아가는 간단한 전동기는 장난감 자동차에 많이 쓰인다. 또 전동기는 전철, 고속 전철, 항공기, 인공 위성 등에 이용하기도 하고, 회전 수를 일정하게 하여 시계, 녹음기 등에 이용하기도 한다. 2. 전류계 (1) 전류계의 구조 : 전류계는 다음 그림과 같이 영구 자석의 두 극 사이의 원통에 코일을 감은 가동 코일이 자기장 속에서 자유롭게 회전할 수 있도록 되어 있다. (2) 전류계의 원리 : 가동 코일에 전류가 흐르면, 코일은 자석의 자기장 속에서 힘을 받아 바늘과 함께 오른쪽으로 회전한다. 이 때에 가동 코일 위에 붙어 있는 나선형 용수철의 탄력성 때문에 코일은 계속 회전하지 못하고 전류의 세기에 비례하는 각도 만큼만 회전하게 된다. (3) 분류기 : 전류계는 측정하고자 하는 회로의 전류에 영향을 주지 않도록 내부 저항이 아주 작게 되어 있다. 전류계로 더 큰 전류를 측정하고자 할 때는 전류계와 병렬로 연결된 분류기를 사용하는데, (-)단자가 여러 개인 전류계 속에는 이러한 분류기가 들어 있다. 3. 전압계 (1) 전압계의 구조 : 전압계의 구조는 전류계의 구조와 같으나, 가동 코일에 큰 저항이 직렬로 연결되었다는 것이다. 이와 같이 큰 저항을 직렬로 연결한 것은 측정하고자 하는 회로에 흘러야 할 전류가 전압계로 많이 흐르는 것을 막기 위해서이다. (2) 전압계의 원리 : 전압계의 가동 코일도 전류의 세기에 따라 회전 각도가 커진다. 그런데 전압계에 흐르는 전류의 세기는 전압에 비례하므로, 전류의 세기에 따라 바늘이 가리키는 눈금을 직접 전압의 단위인 V(볼트)로 나타내어 그 전압을 알 수 있다. (3) 배율기 : 전압계로 잴 수 있는 한도 이상의 전압을 측정하고자 할 때는 배율기를 전압계와 직렬로 연결하여 사용한다. (-)단자가 여러 개인 전압계 속에는 이러한 배율기가 들어 있다.