전자유도 현상

전기기사 필기 2017년 2회 10번

Q문제

막대자석 위쪽에 동축 도체 원판을 놓고 회로의 한 끝은 원판의 주변에 접촉시켜 회전하도록 해 놓은 그림과 같은 패러데이 원판 실험을 할 때 검류계에 전류가 흐르지 않는 경우는?

유사 문제 링크

선택지 분석

자석만을 일정한 방향으로 회전시킬 때

자석만 회전시키는 경우 대칭적인 자계 분포로 인해 전류가 흐르지 않을 수 있으나, 문제에서 의도하는 '상대 운동의 완전한 부재'를 설명하는 최적의 답안은 아닙니다.

원판만을 일정한 방향으로 회전시킬 때

원판이 고정된 자계 내에서 회전하면 도체와 자계 사이에 상대 운동이 발생하여 유도 기전력이 형성되므로 전류가 흐릅니다.

자석을 축 방향으로 전진시킨 후 후퇴시킬 때

자석을 축 방향으로 이동시키면 원판을 통과하는 자속의 양이 시간에 따라 변화하므로 패러데이의 전자유도 법칙에 의해 전류가 흐릅니다.

원판과 자석을 동시에 같은 방향, 같은 속도로 회전시킬 때

원판과 자석이 동일한 속도로 회전하면 상대적인 운동이 발생하지 않아 기전력이 유도되지 않습니다.

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Step 1: 패러데이 원판(단극 발전기)에서 기전력이 발생하는 근본 원인은 도체(원판)와 자계(자석) 사이의 상대적인 운동에 의한 로렌츠 힘(

F = q (v \times B)

)입니다.

•

Step 2: 원판과 자석을 같은 방향과 같은 속도로 동시에 회전시키면, 도체인 원판과 자계원인 자석 사이의 상대 속도(

v

)는 0이 됩니다.

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Step 3: 상대 속도가 0이 되면 유도 기전력(

e = \int (v \times B) \cdot d l

)이 생성되지 않으므로 검류계에 전류가 흐르지 않게 됩니다.

패러데이 원판에서 전류가 흐르는 원리는 무엇인가요?

자계 내에서 도체가 회전할 때 발생하는 로렌츠 힘에 의해 전하가 이동하며 유도 기전력이 형성되는 원리입니다.

자석만 회전시킬 때와 원판만 회전시킬 때의 차이는 무엇인가요?

원판만 회전하면 자계와의 상대 운동으로 전류가 흐르지만, 대칭적인 자석만 회전시킬 경우 자계 분포의 변화가 없어 전류가 흐르지 않는 '패러데이 역설' 현상이 나타납니다.

상대 속도가 0이라는 것은 어떤 의미인가요?

관찰자나 도체의 입장에서 자계의 변화나 움직임이 전혀 느껴지지 않는 상태를 의미하며, 이 경우 전자기 유도 현상이 일어나지 않습니다.