[일반물리실험2] 5. 모터와 발전기

소개글

[일반물리실험2] 5. 모터와 발전기 에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

으로 들어갔다 나왔다를 반복한다면 코일에는 일정한 전극이 생기게 된다. 자석이 코일 안으로 들어갈 때 코일에서는 자석을 밀어내는 방향으로 전극에 생기고, 코일의 위쪽이 N극이 되고 아래쪽이 S극이 된다. 반대로 자석이 코일에서 나갈 때는 위쪽이 S극이 되고 아래쪽이 N극이 된다. 이러한 운동을 반복하면 코일에서 생성되는 전극이 계속해서 바뀌면서 전류를 형성하고, 이 전류는 지속적으로 방향이 바뀌는 교류 전류가 되므로 위의 그림에서는 교류 전압이 만들어진다.
(2) 그러나 이런 방식의 발전기는 불편한 점이 많다. 첫째로, 자석을 왕복시키는 장치를 만들기가 번거롭고, 둘째로, 만들어지는 전압이 교류 전압이다. 모터의 구조를 잘 살펴보면 직류 전기를 만드는 발전의 목적에도 적합함을 알 수 있다. 단, 모터의 경우에는 자석이 양쪽에 고정되어 있고, 대신 코일이 회전을 한다. 손으로 코일을 회전시키면서 코일 양 끝에 유도되는 전압을 측정하여 보라. 이 전압은 교류 전압인가, 직류 전압인가? 최대 몇 V 정도 얻을 수 있는가?
손으로 코일을 회전시킬 경우 자석과 코일 사이에 지속적인 변화가 생기게 되고 전극이 계속해서 바뀌면서 전류가 만들어진다. 이 때 생기는 전류는 전극이 지속적으로 바뀌는 현상이므로 교류 전기를 발생시키므로 교류 전압이다. 최대 3.8V의 전압을 얻을 수 있었다.
(3) 이 발전기를 사용해서 꼬마전구에 불을 켜거나 다른 모터를 돌릴 수 있을까? 다른 조와 협동하는 방법도 생각해보라.
꼬마 전구에 불이 들어왔을 때 최대 3.8V의 전압이 측정되었다.
*태양광 발전을 제외한 수력, 화력, 원자력, 풍력 발전소에서도 실제로 뜨거운 증기를 만들어 증기의 힘으로 터빈(turbine)을 돌리며 이 터빈이 회전 코일과 연결되어 전기를 생산한다.
<원자력 발전소의 개략도>
수 V의 전기를 만드는 것도 간단한 일이 아니며, 계속해서 터빈을 돌리기 위해서는 큰 에너지를 필요로 한다.
- Discussion
플레밍의 오른손 법칙과 왼손 법칙을 바탕으로 모터와 발전기의 작동 원리에 대해 알아보았다. 모터의 핵심 원리인 왼손 법칙은 자기장 속에 있는 도선에 전류가 흐를 때 자기장의 방향과 도선에 흐르는 전류의 방향으로 도선이 받는 힘을 결정하는 규칙이다. 발전기의 핵심 원리인 오른손 법칙은 자기장 속에서 도선이 움직일 때 자기장의 방향과 도선이 움직이는 방향으로 유도 기전력의 방향을 결정하는 규칙이다. 물리 수업에서 배웠던 내용들을 응용하여 실험에 직접 사용해볼 수 있었다.
이번 실험을 통해서, 브러쉬가 전류의 흐름을 일정한 방향으로 흐르게 해주는 역할을 한다는 것을 새롭게 알 수 있었다. 일정한 극에 브러쉬가 접촉한 상태로 코일이 회전하게 되면 전류가 180도 이상을 회전했을 때 전류의 흐름이 반대로 바뀌게 되면서 자기력의 방향 또한 반대로 바뀌게 되어 회전력도 함께 바뀌면서 회전을 멈추게 될 것이다. 이를 방지하기 위한 것이 브러쉬의 역할이다. 또한, 회전 코일에 가해주는 전압이 높을수록 코일의 회전 속도도 함께 빨라진다는 것도 알 수 있었다. 코일의 두껍게 만들어 저항을 줄이거나 코일을 더욱 많이 감아 회전 속도를 높일 수 있고, 브러쉬와 회전축 사이의 마찰을 줄이는 방법을 통해서도 코일의 속도가 빨라진다는 것도 새롭게 알 수 있었다.
새로운 실험 도구를 사용한 실험이었기 때문에 처음엔 팀원들 모두 실험을 하는데 어려움을 겪었지만, 미리 작성해온 예비보고서를 통해 모터와 발전기의 원리를 숙지하고 이를 실험에 적용해보면서 실험을 빠르게 마무리 할 수 있었다. 다음 실험부터는 예비보고서에 더욱 풍부한 내용을 담아 수월하게 실험을 진행할 수 있도록 해야겠다.

키워드

일반물리실험,   모터,   발전기