전자기 유도

전자기 유도 (Electromagnetic Induction)는 시간에 따라 변화하는 자기장이 도체 내에 기전력을 발생시키는 현상이다. 즉, 자기장 변화가 전기장을 유도하고, 이 전기장이 도체 내 자유 전자를 움직여 전류를 흐르게 하는 원리이다. 1831년 마이클 패러데이(Michael Faraday)에 의해 처음 발견되었으며, 이후 제임스 클러크 맥스웰(James Clerk Maxwell)에 의해 이론적으로 체계화되었다.

원리:

전자기 유도는 패러데이의 유도 법칙과 렌츠의 법칙으로 설명된다.

• 패러데이의 유도 법칙: 도체 루프를 통과하는 자기선속의 시간적 변화율은 유도되는 기전력의 크기와 같다. 식으로 표현하면 다음과 같다.

  ε = -dΦB/dt

  여기서 ε는 유도 기전력, ΦB는 자기선속, t는 시간이다. 음의 부호는 렌츠의 법칙을 의미한다.

• 렌츠의 법칙: 유도되는 전류는 자기장 변화를 방해하는 방향으로 흐른다. 즉, 유도 전류에 의해 생성되는 자기장은 원래 자기장 변화를 상쇄하려는 방향으로 작용한다.

응용:

전자기 유도는 현대 문명에 광범위하게 응용되고 있다. 대표적인 예는 다음과 같다.

• 발전기: 코일을 회전시켜 자기장을 변화시키고, 이로 인해 유도되는 기전력을 이용하여 전기를 생산한다.
• 변압기: 두 코일 간의 자기 결합을 통해 전압을 높이거나 낮추는데 사용된다.
• 무선 충전: 송신 코일에서 발생한 자기장을 수신 코일에 유도하여 전력을 전달한다.
• 금속 탐지기: 금속에 의해 발생하는 자기장 변화를 감지하여 금속의 존재를 파악한다.
• 유도 가열: 고주파 자기장을 이용하여 금속을 가열한다.

같이 보기:

• 패러데이의 유도 법칙
• 렌츠의 법칙
• 자기선속
• 기전력
• 발전기
• 변압기