도체의 운동에 의한 기전력

전기기사 필기 2020년 2회 16번

Q문제

자속밀도

B (Wb/m^{2})

의 평등 자계 내에서 길이

ℓ (m)

인 도체

ab

가 속도

v (m/s)

로 그림과 같이 도선을 따라서 자계와 수직으로 이동할 때, 도체

ab

에 의해 유기된 기전력의 크기

e (V)

와 폐회로

ab c d

내 저항

R

에 흐르는 전류의 방향은? (단, 폐회로

ab c d

내 도선 및 도체의 저항은 무시한다.)

유사 문제 링크

선택지 분석

e = B l v

, 전류방향 :

c \to d

자계 내에서 이동하는 도체에 유기되는 기전력의 크기는 e = Blv이며, 플레밍의 오른손 법칙에 의해 전류의 방향은 c에서 d로 흐릅니다.

•

Step 1: 자속밀도 B, 도체의 길이 l, 이동 속도 v가 서로 수직일 때, 도체에 유도되는 기전력의 크기 e는 e = Blv sin(theta)로 계산됩니다. 이 문제에서는 자계와 수직으로 이동하므로 theta = 90도가 되어 e = Blv가 됩니다.

•

Step 2: 플레밍의 오른손 법칙을 적용합니다. 엄지손가락(도체의 이동 방향, v)을 오른쪽으로, 집게손가락(자계의 방향, B)을 위쪽으로 향하게 하면, 가운뎃손가락(유도 기전력 및 전류의 방향)은 화면 안으로 들어가는 방향(도체 a에서 b 방향)을 가리킵니다.

•

Step 3: 도체 ab에서 전류가 a에서 b로 흐르므로, 폐회로 abcd를 따라 전류는 b에서 c, c에서 d, d에서 a의 순서로 흐르게 됩니다. 따라서 저항 R이 있는 구간에서는 c에서 d 방향으로 전류가 흐릅니다.

e = B l v

, 전류방향 :

d \to c

기전력의 크기는 맞게 구했으나, 플레밍의 오른손 법칙을 잘못 적용하여 전류의 방향을 반대로 판단했습니다.

e = B l v^{2}

, 전류방향 :

c \to d

전류의 방향은 맞게 구했으나, 유도 기전력의 공식을 e = Blv^2로 잘못 적용했습니다.

e = B l v^{2}

, 전류방향 :

d \to c

유도 기전력의 공식을 잘못 적용했으며, 전류의 방향도 반대로 판단했습니다.

플레밍의 오른손 법칙은 언제 사용하나요?

자계 내에서 도체가 운동할 때 도체에 유도되는 기전력 및 전류의 방향을 알아낼 때 사용합니다. 이는 발전기의 원리와 동일합니다.

기전력 공식에서 sin(theta)는 왜 생략되었나요?

문제 조건에서 도체가 자계와 수직(90도)으로 이동한다고 명시했기 때문입니다. sin(90도)는 1이므로 e = Blv가 됩니다.