플레밍의 왼손법칙 10분만에 이해하기
- 전기이론
- 2023. 4. 21. 11:10
학창 시절부터 공과계열 대학을 다녀보신 분은 알겠지만, 1년에 한 번씩은 꼭 듣게 되는 플레밍의 오른손 법칙과 왼손법칙입니다. 오른손과 왼손을 이리저리 비틀면서 공부를 한 경험이 있을 것입니다.
하지만 정확한 원리를 직접 설명하기는 쉽지 않습니다. 오늘은 플레밍의 오른손법칙을 이해함으로써, 전기에너지로 회전운동을 하는 원리를 배워보시길 바랍니다.
목차
1. 전동기 원리의 시작
2. 전동기의 회전
3. 전동기 실사진
1. 전동기원리의 시작
전기에너지를 넣어주면 회전하는게 전동기, 회전시켰더니 전기에너지가 발생하는 게 발전기입니다. 플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리를 가장 쉽게 알 수 있는 방법입니다.
사진을 보면 자석 사이에 구리봉을 넣고 전원을 연결 해줍니다. 그랬더니 신기한 현상이 발생하게 됩니다. 구리봉이 전류만 흘려줬을뿐인데, 서서히 위로 움직이는 것입니다. 왜 그런 걸까요 ?
바로 플레밍의 왼손법칙 때문입니다. 전류에 의해 구리봉이 전자석이 되면서 힘이 위로 발생하게 되는 것입니다. 이때 검지 중지 약지를 이용해 힘, 자기장, 전류의 방향을 알 수 있습니다.
당연히 건전지의 위치를 바꾸면 영구자석의 자기장을 제외한 힘과 전류의 방향이 바뀌게 됩니다. 그렇다면 구리봉이 아닌 회전하는 회전자를 연결한다면 한쪽은 위로 힘이 작용할 것이고 , 다른 한쪽은 아래로 힘이 작용할 것입니다. 전동기의 원리가 됩니다.
- 힘이 왜 위로 작용하는 것일까
영구자석의 N에서 S극으로 흐르는 자기장과 도선에 전류가 흐르게 되면 앙페르의 오른손법칙에 의해서 발생하는 자기장과 충돌을 일으키게 된다. 이때 윗부분의 경우 서로 부딪히는 방향이 되어 힘이 상쇄되어 버리고 아랫부분의 경우 같은 방향이 되므로 도선에 흐르는 자기장의 방향을 도와 위로 올라가는 힘이 되는 것이다.
전류의 방향을 바꾸게 되면 아랫부분이 영구자석의 자기장과 충돌할 것이고, 윗부분이 같은 방향의 힘이 작용하여 구리봉은 아래로 내려갈 것이다.
당구의 원리를 이해하면 쉽다. 오른쪽을 치면 공이 왼쪽으로 회전하면서 왼쪽방향으로 가게 될 것이고 왼쪽을 치면 그 반대인 오른쪽으로 힘이 작용하게 된다. 여기서 큐대를 영구자석의 자기장으로 생각하고 공을 구리봉이라 생각하면 힘을 받기 쉬운 쪽으로 운동방향이 결정된다는 것을 알 수 있다.
큐대는 영구자석의 자기장이며 당구공의 회전은 구리봉의 자기장이다. 당구공의 어느 부분이 스핀을 받고 이동하는지 알 수 있다.
자기장의 방향이 왼쪽 방향으로 형성되면 영구자석의 자기장이 윗부분은 힘이 상쇄되고 당구공의 아랫부분을 치게 된다. 당연히 당구공은 아랫부분의 타격을 받고 스핀을 하며 위로 올라가게 될 것이다.
- 앙페르의 오른손법칙이란 ?
도선에 전류가 흐르면 자기장이 발생하며, 전류와 자기장의 방향을 결정짓는 법칙
앙페르의 오른나사법칙이 궁금하다면
2. 전동기의 회전원리
앞서 플레밍의 왼손법칙은 전동기의 원리를 설명한 것이라고 했습니다. 이제는 두 영구자석 사이에 두 개의 전선으로 회전자를 만들어 넣으면 어떻게 될까요?
한 개의 구리봉을 넣었을 땐 전류의 방향이 한 방향만 결정되어 봉이 위로 올라가는 힘이 작용하지만 회전자를 통한 두 가지의 전류방향을 주면 전류와 힘의 방향이 계속 바뀌게 됩니다.
전기에너지로 회전체를 만들 수 있는 것입니다.
전동기의 실사진
전동기 또한 여러 종류가 있지만 아래 사진은 직류전동기의 내부 모습입니다. 플레밍의 왼손법칙을 떠올리며 전동기가 어떻게 회전하는지 생각하는 시간을 가져보시길 바랍니다.
금속에 코일을 여러 번 감아 영구자석 사이에 넣은 다음 코일에 전기를 인가하면 모터가 회전하는 방식입니다. 철덩어리에 코일을 감아 전류가 흐르면 전자석이 되어 플레밍의 왼손법칙에 의해 힘이 발생하여 모터가 회전하는 것입니다.
글을 마치며,
플레밍의 왼손법칙을 평소에 어느 정도 이해하고 전동기를 보면 , 아는 만큼 보이게 됩니다. 도움이 되셨으면 좋겠고, 혹시나 틀린 부분은 댓글 주시면 즉시 수정토록 하겠습니다. 감사합니다.