메인메뉴 바로가기
본문바로가기

과학실험실 신기한 과학실험을 영상으로 체험하실 수 있습니다

전류가 자기장을 만든다고요?
조회 11,348 2014.12.23 신고

탐구 목표

여러 물체의 자기적 성질과 자석의 특징을 열거할 수 있다. 

전류주위에 생기는 자기장을 확인하고 전류와 자기장의 관계를 설명할 수 있다. 자기장 속에서 전류가 받는 힘을 확인하고 간단한 전동기를 만들 수 있다.

 

탐구 레벨

초등6

 

탐구 요약

3학년의 ‘자석놀이’에 이어, 6학년에서 ‘전자석’을 배운다. 하지만 그 둘의 관계를 연결 짓는 학생은 거의 없다. 중학교 3학년 ‘전류의 작용’ 단원은 바로 그 자기의 원인이 전류라는 것을 연결시키는 자리에 있다. 전류가 만드는 자기장을 언급하는 것만으로는 그 둘의 관계를 파악하는데 부족하다고 생각하여 전류가 만드는 자기장이 기존 영구자석의 자기장과 어떤 힘을 주고받는지 학습한다.

준비물

- 미세저울(자바라빨대 2개, 압정), 네오디뮴자석, 무 조각, 지폐, 고속도로통행카드, 플로피디스크, 막대자석 두개, 에나멜선, 못, 건전지, 나침반, 클립 여러 개, 네오디뮴자석, 알루미늄호일, 양면테이프


전기밥솥과 전류, 자기의 관계 1 

기존의 전기밥솥은 밥솥 아래의 열판에 전류가 흐르면서 발생되는 열에 의해 솥이 가열되는 방식입니다. 반면, IH 전기밥솥은 교류전류가 만드는 자기장의 변화에 의해 밥솥에 유도전류가 생기고, 이때문에 밥솥 자체가 열판이 되어 뜨거워지는 방식입니다. 이 방식으로.. 



전기밥솥과 전류, 자기의 관계 2

자기장의 변화때문에 밥솥에 유도전류가 만들어진다구? 정말 전류가 만들어지는지 확인해 볼까? 이 코일에 전류가 만들어진다면 이 LED에 불이 들어올텐데. 



전기밥솥과 전류, 자기의 관계 3 

무선 다리미, 무선 주전자, 전동칫솔의 충전, 교통카드, 금속탐지기, 이 모두가 IH밥솥과 같이 전류와 자기의 관계 때문이라는데 전류와 자기는 무슨 일을 하는걸까요? 이 탐구를 통해 전기와 자기의 특별한 관계에 대해 알아봅시다. 




전류가 하는 일 1 

티비, 냉장고, 전자렌지, 형광등. 전류가 흐르기 때문에 작동하는 것들이에요. 도대체 전류는 무슨 작용을 할까요? 간단한 실험을 통해 전류가 하는 대표적인 일을 알아보아요. 




전류가 하는 일 2 

준비물은 9V 건전지, 전선, 강철솜입니다. 건전지의 양 끝에 강철솜을 연결해보세요. 어떤 일이 일어나나요? 전류는 무슨 일을 한 것일까요? 




전류가 하는 일 3 

물체에 전압을 걸어주면 전자들이 움직이면서 원자핵과 충돌합니다. 이로인해 열이 발생하지요. 전류가 하는 대표적인 일이 열작용입니다. 핫플레이트, 전기주전자, 전기 밥솥, 전기장판 등이 대표적이 예입니다. 열이 많이 나면 빛이 나오기도 합니다. 이것을 이용한 것이 백열전등이지요. 




전류와 나침반 1 

1820년 외르스테드는 놀라운 발견을 합니다. 전선 옆에 놓인 나침반이 움직이는 것을 본 것이죠. 먼저 실험을 해볼까요? 준비물은 건전지, 전선, 나침반입니다. 나침반은 작은 자석입니다. 전류에 의해 나침반의 방향이 바뀐다는 것은 무엇을 의미하나요? 




전류와 나침반 2 

전류가 흐르면 그 주위에는 자기장이 생깁니다. 외르스퇴드의 이 실험은 전기와 자기가 만나게 되는 중요한 사건입니다. 전하의 흐름은 전류를 만들고 전류는 자기장을 만듭니다. 자기의 원인은 전류입니다. 




자기장과 전자석 1 

전류가 자기장을 만드는 것을 보았습니다. 그렇다면 전류로 자석을 만들 수 있을까요? 또 자석 속에는 전류가 흐르고 있다는 이야기 인가요?
두 가지 모두 맞는 말입니다. 자기의 원인은 전류입니다. 정말 전류로 자석을 만들 수 있는지 자석 속에는 무엇이 들어있는지 살펴봅시다. 




자기장과 전자석 2 

빨대에 애나멜선을 감은 후, 전선의 양끝을 칼이나 사포로 피복을 벗깁니다. 애나멜선 양끝을 건전지에 연결하면 나침반의 방향이 변합니다.
전자석에 자기장이 생겼음을 확인할 수 있지요. 전자석의 끝에 클립을 붙여봅니다. 빨대에 쇠막대를 넣고 클립을 다시 붙여봅니다. 




자기장과 전자석 3 

전류로 자석을 만들 수 있나요? 네, 이렇게 전류로 만든 자석을 전자석이라고 합니다. 전자석은 전류를 조절하여 자기력의 크기를 바꿀 수 있기 때문에 여러모로 쓰임이 많습니다. 그렇다면 이 실험에서 N극은 어느 쪽일까요? 전류의 방향을 잘 따져보면서 탐구노트에 적어보세요. 




자기장과 전자석 4 

오른손 엄지가 전류의 방향을 향했을 때 나머지 손가락이 감싸쥐는 방향이 자기장의 방향입니다. 전선을 휘어놓으면 그림과 같은 모양이 되지요. 원형 전선 중심에서 자기장이 앞으로 나오므로 앞쪽이 N극입니다. 이곳을 여러 번 감아 돌려놓은 것이 오른쪽의 그림입니다. 해놓고 보니 전류를 따라 오른손을 감아쥐면 엄지를 가리키는 곳이 N극이 되네요. 




자석에 대해 알아보기 

전류가 만드는 자기장을 이용해 전자석을 만들어보았습니다. 그럼 자석은 어떻게 만들어졌을까요? 전류가 자석의 원인이라면 자석 속에는 전류가 흐른다는 말인가요?
자석 속에 무엇이 들어있는지 살펴봅시다. 원자는 플러스의 원자핵과 마이너스의 전자로 이루어져 있습니다. 그런데 이 원자 속의 전자는 가만히 있지 않고 한 방향으로 돕니다. 이 전자의 움직임이 자기장을 만듭니다.
그런데 원자 속 전자의 회전방향이 반대인 원자들도 많아서 그런 물질은 자석이 될 수 없습니다. 철 원자는 같은 회전 방향의 전자가 있어서 자석이 될 수 있지요. 그렇다면 전자석에 쇠막대를 넣어주면 왜 더 좋은 전자석이 되었을까요? 또 똑같은 철인데 왜 가위나 못 등은 자석이 아닌 걸까요? 탐구노트에 적어보세요.
보통 원자의 전류구리 방향은 무질서하여 자기력이 나타나지 않지만, 자석은 전류구리 방향이 질서정연하여 자기력을 보이게 됩니다. 코일 속에 넣어준 철막대의 원자방향은 한쪽으로 늘어서서 자기장을 키워줍니다. 자석 역시 전류가 원인입니다. 자기력의 원인은 전류입니다. 




자기장 속에서 전류가 받는 힘 1 

전류가 자기장을 만든다는 것을 알아보았습니다. 그럼 이미 자기장에 있는 곳에 전류를 보내면 무슨 일이 일어날까요? 자석 옆에 자석을 놓으면 밀려나거나 끌려가듯이 이런 경우도 힘이 작용하지 않을까요? 




자기장 속에서 전류가 받는 힘 2 

준비물은 자석, 가볍게 움직일 전선 역할의 알루미늄 선, 건전지입니다. 자석이 만드는 자기장과 전류가 만드는 자기장의 상호작용을 알아봅시다.
자석과 전선을 어떻게 배열해야 할까요?
전류가 만드는 자기장은 전류의 방향과 직각입니다. 그러므로 전선과 자석의 자기장방향을 직각으로 배치하는 것이 가장 큰 효과를 볼 수 있습니다.
전류의 방향을 바꾸면 자기장의 방향이 바뀌니 반대방향으로 움직입니다. 




자기장 속에서 전류가 받는 힘 3 

힘의 방향을 예측할 수 있을까요? 자석이 만드는 자기장과 전선이 만드는 자기장의 모양을 살펴보면서 힘의 방향이 어떻게 나타날 지 생각해보세요. 




자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향 

자석이 만드는 기존의 자기장, 빨간색과 전류가 만드는 자기장, 초록색을 그림으로 나타냈습니다. 이 둘을 합쳐보면 오른쪽과 같은 자기장, 파란색 그림이 되고 전선은 오른쪽으로 힘을 받게 됩니다. 이것을 알기 쉽게 오른손 모양에 맞춰보면 이런 모양이 됩니다. 오른손의 엄지가 전류의 방향을 가리키고 나머지 손가락이 자기장의 방향을 가리키도록 펼치면 손바닥은 힘의 방향이 됩니다. 그럼 이것을 이용해서 힘의 방향을 맞춰봅시다.
화면을 보고 탐구노트에 정답을 적어보세요.

오른손을 전류, 자기장 방향에 맞춰 돌리면 1번과 4번은 오른쪽으로, 2번과 3번은 왼쪽으로 힘을 받습니다. 




자기장을 만드는 전류

지금까지 전류의 작용에 대해 살펴보았습니다. 전류는 크게 열작용이나 빛작용과 같은 전기작용과 더불어 자기장을 만드는 자기작용을 합니다.
전류가 자기장을 만든다는 사실은 과학에서 매우 중요한 의미를 지닙니다.
자기장의 원인이 전류라는 사실 외에도 이를 이용한 많은 발명품들이 있습니다. 자기장 속에서 전류가 받는 힘을 이용해 모터를 만들 수 있는데, 선풍기, 세탁기, 냉장고, 청소기, 모터카. 이 모두가 모터를 사용한 물건들입니다. 아울러 전류의 세기가 달라지면 힘의 크기도 달라지겠죠. 이것을 이용한 것이 스피커입니다. 네오디뮴 자석과 같이 성능이 뛰어난 자석이 발명되면서 스피커는 작은 이어폰으로 변신하게도 되었습니다.
페러데이는 전류가 자기장을 만든다면 자기장도 전류를 만들 수 있지 않을까 생각하였고 이 생각은 발전기를 발명하게 만들었습니다.
자기장의 변화는 전류를 만드는데, 이것을 이용한 대표적인 예가 발전기입니다. 아울러 무선다리미, 무선주전자, 전동칫솔의 충전, 교통카드, 금속 탐지기, IH 밥솥... 이 모두가 자기장의 변화가 일으키는 전류를 이용한 예들입니다.
전기와 자기의 세계. 이제 원리가 무엇인지 조금더 관심을 기울여 보세요. 



5 댓글0
추천콘텐츠
TOP으로 이동