- 상위 항목 : 맥스웰 방정식
패러데이 법칙에 의한 전자기 유도를 설명한 동영상
1 개요
패러데이의 법칙 또는 시간에 따른 자기 선속의 변화가 전기장을 만든다는 법칙을 일컫는 말이다. 쉽게 말해서 발전기의 원리. 이러한 현상을 전자기 유도라고 부른다. 다만 이 법칙을 이용하지 않는 발전기가 있는데 다름아닌 태양광 발전에 쓰이는 태양전지.[1]
고등학교나 대학교 일반물리실험 등에서 하는 실험 중 하나에 코일 위에서 자석을 가까이 댔다 떼는 걸 하는 게 있는데, 이 과정에서 코일 내에 전류가 흐르는 것을 확인할 수 있다. 이 때 코일에 흐르는 전류의 방향은 렌츠의 법칙에 의해 코일 내의 자기장의 변화에 반대되는 자기장이 형성되도록 흐르는데, 이러한 관계는 맥스웰 방정식을 통해서 수식적으로 확인할 수 있다.
맥스웰 방정식의 세 번째 식에서는 전기장의 회전(Curl)은 시간에 따른 자기장의 변화와 동일하다고 서술하는데 적분형태의 맥스웰 방정식과 자기선속 [math]\Phi_B[/math]와 기전력 [math]\epsilon[/math]의 정의를 잘 조물조물(...)하면 다음과 같은 식을 얻을 수 있다.
[math]{d\Phi_B \over dt}=-\epsilon[/math]
2 응용
무궁무진하지만 대표적인 응용법은 바로 위에서 설명했던 발전기의 원리이다. 이 법칙으로 인해 우리가 전기를 공업적으로 쓸 수 있다고 해도 과언이 아니다! 대다수의 발전소는 증기터빈을 사용하는데 연료를 태워 생기는 열에너지를 물을 가열하여 수증기로 만들어 그 수중기의 압력으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는데 이 역학적 에너지가 바로 회로에 걸리는 자기선속의 변화를 만들어서 회로 내에 전기를 흐르게 만드는 것이다.
또한 변압기와 파워 서플라이도 같은 원리인데, 두 코일을 가까이 두고, 각 코일마다 감긴 수를 조절하고 한쪽 코일에 교류 전류를 흘려주게 되면, 교류 전류의 변화로 인해 자기장이 형성이 되고, 이 자기장을 이용하여 전류가 흐르지 않는 맞은편 코일에서도 전자기 유도를 만들어 전류를 흐르게 하는 원리이다. 이때 각 코일에 걸리는 전압의 비는 감긴 코일 횟수의 비와 동일하다.
카드에 붙어있는 마그네틱 선도 전자기 유도를 이용한 것인데 특정한 규칙을 가지고 배열된 자석이 카드 리더기에 있는 코일을 통과하면서 코일에 전자기 유도를 일으켜 정보를 판독하는 방식이다.