발전기 모형 만들기
 
 

준비물

  • 전동기 (* 만드는 법)
  • 자석 2개
  • 나침반
  • 에나멜선
  • 1m 집게전선 2개
  • 테이프
 

실험과 관찰

    1. 나침반에 에나멜선을 감고 테이프로 뒤쪽을 붙여 전류계를 만든다. 단, 에나멜선을 10회이상 감고 에나멜선의 양끝을 불에 그을린다.

 

    2. 전동기 철사의 앞부분에 테이프를 감아, 돌릴 때 미끄럽지 않도록 손잡이를 만든다.

 

 

    3. 전동기의 압착전선과 나침반의 에나멜선을 1m 집게전선을 이용하여 연결한다.

 

 

 

    4. 높이가 다른 곳(높은 곳: 전동기, 낮은 곳: 전류계)에 전동기와 전류계를 놓고, 전동기의 못 옆에 자석을 고정시킨 후 손잡이를 돌리며 전류계의 바늘을 관찰한다.
 
 
 
 

왜 그럴까요?
 

    도선에 전류가 흐르면 그 주위로 자기장이 생겼지요.
    그렇다면.... 뒤집어 생각해 보면 어떨까요? 도선 주위에서 자석을 흔들어 자기장이 변하게 해주면 도선에 전류가 흐르게 될까요?
 
 

    같은 질문을 갖고 1821년 패러데이라는 사람이 코일 모양으로 감은 도선 안으로 자석을 넣었다 뺐다 했더니 도선을 통해 전류가 흐르는 것을 발견했다고 합니다.
 
 

    위의 그림에서 자석을 가만두고 코일을 움직여도 같은 일이 일어납니다.
 
 

    바로 이 원리를 이용하여 전류를 만들어 내는 것이 발전기입니다.

    전자석을 두 자석 사이에서 돌리면, 이 실험에서 관찰했듯이 전류계의 바늘이 시작점을 기준으로 한쪽으로만 진동하지요. 오른쪽으로만, 또는 왼쪽으로만. 그 말은 전류계의 코일에는 전류가 한 바향으로만 흐른다는 거지요.

    이렇게 한 방향으로만 흐르는 전류를 직류라고 합니다. 도선을 전지에 연결시킬 때에도 계속 전지의 +극으로부터 -극으로 전류가 흐르므로, 이때에도 직류 전류가 흐르는 겁니다.
 

    이번 실험에서 만든 발전기가 직류 전류를 만들어 내어서 직류 발전기라고 합니다. 어떻게 이 발전기가 직류를 만드냐구요? 그건 좀 어렵거든요. 아래를 읽어가다가 이해가 아주 힘들면 그만두어도 괜찮습니다.

    두 자석 사이를 전자석이 돌 때 코일에 흐르는 전류량은 일정하지 않고 계속 변합니다.(아래 그림 참조)
    먼저 1의 상태에서는 외부도선과 전자석이 연결되어 있지 않아 전류가 흐르지 않지요. 전자석을 시계 방향으로 돌리면 전류의 양이 점점 많아 져서 두 자석이 놓여 있는 평면과 전자석이 수직이 되었을 때 전류가 가장 많이 흐릅니다.
    이후 계속 돌면서 전류의 세기가 점점 작아지다가 3의 상태가 되면 전류가 흐르지 않게 되지요. 다시 4의 상태로 가면서 전류의 세기가 점점 커져 4의 상태에서 최고가 되었다가 1의 상태로 가면서 다시 작아지지요. 그런데 전자석의 한 점을 기준으로 (아래그림 · 부분) 이 점이 두 자석이 만드는 평면 위에서 돌 때와 평면 아래로 돌 때 코일을 흐르는 전류의 방향이 바뀝니다.
    따라서 1 -> 3 의 상태로 회전하면서 주황색 코일에 전류가 앞쪽으로 흘렀다면 3 -> 1의 상태로 회전하면서는 주황색 코일에 전류가 뒤쪽으로 흐르게 되지요.
    하지만 2와 4의 상태에서 주황색 코일과 연두색 코일의 위치가 서로 바뀌므로 외부 도선을 통해서는 전류가 항상 한 방향으로 흐르지요.
 
 

    전자석이 두 자석 사이를 돌면서 만들어내는 전류의 세기를 그래프로 나타내면 다음과 같습니다.(수평선 위와 아래는 전류의 방향이 서로 다른 구역입니다.)
 
 

    그런데 잔기 기구에 전류가 위와 같은 모양으로 공급되면 곤란하겠지요. 실제로는 발전기로부터의 전류를 일정하게 하기 위해 축전기 라는 것을 연결해 놓습니다.
 

       전동기와 발전기를 비교해 보세요
 

    전동기는 전원의 전기에너지를 운동에너지로 바꾸어 도는 기구였지요. 반대로 발전기는 전자석을 돌리는 운동에너지를 전기에너지로 바꾸는 기구구요. 전동기와 발전기는 들어가는 것과 나오는 것이 서로 바뀐 것이지요.
 

 

 

 

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