[스크랩] 전기의 법칙

도선에 전류를 흐르게 하고 도선 가까운 곳에 철분을 놓으면 도선에 철분이 달라붙고 스위치를 열어서 전류를 차단시키면 철분도 동시에 떨어지는 현상을 볼 수 있다. 이 실험에서 전류는 자력을 발생시키고 있다는 것을 알 수 있는데 이러한 현상을 전류의 자기작용이라 한다. 도선에 전류가 흐르면 도선을 중심으로 하여 회전하는 자력선이 발생한다. 이 때 같은 크기의 전류가 흐르는 도선에는 어느 점이나 꼭 같은 크기의 자력선을 내놓는다. 또 그림 2와 같이 도선을 놓고 전류를 흘리면서 도선 주위에 철분을 뿌려보면 철분은 도선을 중심으로 하여 전류와 직각방향으로 원을 그린다. 여기에 자침을 접근시키면 자침은 일정한 방향을 가리키고 정지한다. 그러나 전류의 방향을 바꾸면 지침의 방향도 바뀐다. 이상의 실험에 의하면 전류의 방향과 자력선의 방향은 항상 일정한 관계가 있음을 알 수 있다.

직선인 도선에 전류 I를 흘리면 도선 둘레에는 동심원 모양의 원형 자계 H가 생긴다. 도선 둘레에 자침을 놓고 자계의 방향을 조사하면 자계의 방향은 오른 나사가 진행하는 방향을 전류의 방향으로 했을 때 나사를 돌리는 방향과 일치한다. 이것이 바로 앙페르의 오른나사의 법칙이라는 것이다. 도선 둘레의 어느 점에 있어서의 자계의 세기는 전류에 비례하고, 전류에서 그 점까지의 거리에 반비례한다. 전류가 흐르면 싫든 좋든 반드시 자계가 생기는데, 이러한 현상은 전기의 가장 기본적인 성질 중의 하나이다. 이것은 뒤집어 말하면 자계가 있는 곳에는 반드시 전류가 있다는 말이 된다.

코일의 양 끝에 검류계를 연결하고 자석을 코일에 가까이 했다 멀리 했다 하면 검류계의 바늘이 흔들린다. 즉 전기가 흐르고 있는 것이다. 전류의 크기는 자석을 움직이는 속도가 빠를수록 크고, 전류의 방향은 가까이 할 때와 멀리 할 때 반대가 되며, 또 N극과 S극에서도 반대가 된다. 이처럼 자계의 변화에 의해 도체에 기전력이 발생하는 현상을 전자유도라고 하며 이 기전력을 유도기전력, 흐르는 전류를 유도전류라고 한다. 유도기전력의 크기에 관해 페러데이는 ‘유도기전력은 코일을 관통하는 자력선이 변화하는 속도에 비례한다’는 사실을 알아냈다. 이것을 페러데이의 전자유도의 법칙이라고 하는데 이 법칙이 근거가 되어 발전기나 변압기도 발명할 수 있었던 것이다.

1834년 렌츠가 발견한 유도전류 방향에 관한 법칙 회로와 전자기장의 상대적인 위치관계가 변화할 경우, 회로에 생기는 전류의 방향은 그 변화를 저지하려는 방향으로 흐른다. 또 전류나 자극의 크기가 변화할 경우에도 세기의 증가와 감소를 각각의 거리의 감소, 증가로 바꾸어 놓아 유도전류의 방향을 알 수 있다. * 전자유도 : 자계의 변화에 의해 도체에 기전력이 발생하는 현상 * 유도기전력 : 전자유도를 일으키는 기전력 * 유도전류 : 유도기전력에 의해 도체에 흐르는 전류

두 토막의 레일, 알루미늄 파이프, 자석을 다음과 같이 놓은 다음, 레일에 전류를 흘리면 알루미늄 파이프는 레일 위에서 움직이기 시작한다. 이것은 알루미늄 파이프에 전류가 흐르면 자계에서 힘을 받는다는 것을 나타낸다. 자석의 방향을 이리저리 바꾸어 가면서 알루미늄 파이프에 작용하는 힘 F의 방향을 조사해 보면, 항상 전류 I의 방향과 자계 H의 방향 사이에는 직각관계가 있다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 전류와 자계와의 사이에 작용하는 힘을 전자력이라고 한다. 힘 F의 방향을 정하는데 편리한 플레밍의 왼손법칙이라는 것이 있다. 위의 그림에서 보는 바와 같이, 왼손의 가운데손가락, 집게손가락, 엄지손가락을 서로 직각이 되게 벌리고, 가운데손가락을 전류의 방향으로, 집게손가락을 자계의 방향으로 하면 힘의 방향은 엄지손가락이 가리키는 방향이 된다. 이 법칙은 아주 편리한 법칙으로 모터의 회전 방향을 정할 때 등에 필요하다.

전기는 전기가 흐르기 쉬운 동선 속을 흐를 때는 거의 열이 나지 않으나 전기저항이 많은 니크롬선 등의 속을 흐르면 열이 발생한다. 저항이 있는 도체 속을 흐르는 전류는 모래를 채운 드럼통에 물을 부었을 때 물의 흐름과 비슷하다. 모래 위에 부어진 물은 중력을 받아 내려오기는 하지만 모래 때문에 진로가 구부러지든가 마찰을 받던가 하는 것이다. 이처럼 전류가 흘러서 도체에 발생되는 열을 주울열이라고 한다. 주울열이란 영국의 과학자의 이름으로 그는 1840년 이 발열량에 대한 상세한 실험끝에 하나의 법칙을 발견했다. 그에 따르면 도체에 전류를 흘렸을 때 발생하는 열량은 전류의 제곱과 도체의 저항의 곱에 비례한다는 것이다. 이것이 바로 줄의 법칙이다.

도체를 흐르는 전류의 크기는 도체의 양끝에 가해진 전압에 비례하고, 그 도체의 저항에 반비례한다. 이것이 바로 오옴의 법칙이다. 전지에 꼬마 전구를 연결해 놓은 그림을 참조하면 이해가 빠를 것이다. 전지 1개에 전구 2개를 연결한 경우가 A, 같은 전구를 1개만 연결한 경우가 B, 그리고 전지 2개에 전구 1개를 연결한 경우를 C라고 해보자. 전기의 밝기는 당연히 A보다도 B, B보다도 C의 순서로 밝아진다. 이러한 관계도 물의 흐름에 비유하면 이해가 빠를 것이다. 즉 물탱크에 연결한 파이프를 타고 흐르는 물은 파이프에 걸리는 수압이 높을수록 양이 많아진다는 점이다. 만약 파이프가 가늘어서 물의 흐름에 대한 저항이 클수록 물의 양은 적어지게 되는 것이다.

 

출처 : 냉동&공조인의 쉼터

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