물리 2 - 전자기 유도와 상호유도

전자기 유도와 상호유도

전자기 유도
(1) 전자기 유도: 코일을 통과하는 자기 선속(자속)이 변할 때 코일에 전류가 흐르는 현상을 전자기 유도라고 하고, 이때 흐르는 전류 를 유도 전류라고 한다. 또한 유도 전류를 흐르게 하는 기전력을 유도 기전력이라고 한다.
(2) 자기 선속(자속): 자기장에 수직인 단면을 지나가는 자기력선의 총 개수를 자기 선속이라고 한다. 자기 선속 U는 자기장의 세기 B가 클수록, 자기장이 통과하는 면적 A가 클수록 크다. 면의 법선과 자기장 방향이 이루는 각이 h일 때 자기 선속은 U=BAcosh이고, h=0일 때 U=BA
(3) 렌츠법칙:렌츠법칙은유도전류의방향에대한법칙이다.유도 전류는 코일을 통과하는 자기 선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐르며, 이를 렌츠 법칙이라고 한다.
(4) 유도 전류의 방향: 그림 (가)와 같이 자석의 N극을 솔레노이드에 가까이 접근시키면 솔레노이드 내부를 지나는 자기 선속이 증가 한다. 렌츠 법칙을 적용하면 유도 전류는 자기 선속이 증가하는 것을방해하기위해B →G→A 방향으로흐른다.
그림 (나)와 같이 자석의 N극이 솔레노이드에서 멀어지면 솔레 노이드 내부를 지나는 자기 선속이 감소한다. 렌츠 법칙을 적용 하면 유도 전류는 자기 선속이 감소하는 것을 방해하기 위해 A→G→ B 방향으로 흐른다.

(5) 패러데이 법칙: 유도 기전력의 크기에 대한 법칙이다. 유도 기전력V는 코일의 감은수N과 시간에 대한 자기선속의 변화율

향은 자기 선속의 변화를 방해하는 방향이다. (-) 부호는 렌츠 법칙을 나타낸다.


전자기 유도의 적용
(1) 도선의 운동에 의한 전자기 유도: 한 변의 길이가 l이고 저항값이 R인 정사각형 도선이 세기가 B이고 종이면에 수직으로 들어가는 방향의 균일한 자기장 영역에 들어갈 때 정사각형 도선을 통과하는 자기 선속이 증가하므로 정사각형 도선에는 시계 반대 방향으로 유도 전류가 흐른다.

(2) 전자기 유도의 이용
1)발전기: 코일을 회전시키면 코일면을 통과하는 자기 선속이 시간 에 따라 계속 변하므로 유도 기전력이 발생한다.
2)전기 기타: 그림과 같이 픽업 장치의 자석에 의해 자기화된 기타 줄이 진동하면 코일 속을 통과하는 자기 선속이 변하기 때문에 코일에 전류가 유도되어 전기 신호가 발생한다. 이 전기 신호를 증폭하여 스피커를 진동시키면 소리가 발생한다.

(3) 자석이솔레노이드안을통과할때유도되는기전력:그림과같이N 극이 아래로 향하게 하여 자석을 떨어뜨리면 N극이 솔레노이드 에 가까워지면서 솔레노이드에는 자석의 운동을 방해하는 위 방 향의 자기장을 유도하는 기전력이 발생한다. 반대로 자석의 S극 이 빠져나갈 때는 솔레노이드에는 아래 방향의 자기장을 유도하 는 기전력이 발생하여 자석의 운동을 방해한다.

자석이 솔레노이드에 들어갈 때와 나올 때 유도 기전력의 최댓값 VÁ과 Va가 다른 까닭은 중력과 자기력에 의해 가속된 자석의 속 력이 달라 솔레노이드를 통과하는 자기 선속의 시간당 변화율이 다르기 때문이다.

상호유도
(1) 상호유도:인접한두코일사이에발생하는전자기유도로1차코 일의 전류 변화에 의한 자기 선속의 변화에 의해 2차 코일에 유 도 기전력이 발생하는 현상이다.

(2) 상호 인덕턴스(M): 2차 코일의 감은 수가 Na이고 Dt 동안 1차 코일에 흐르는 전류가 DIÁ만큼 변할 때 2차 코일에 만드는 유도 기전력을 V라고 하면

1)유도 기전력은 상호 인덕턴스와 1차 코일에 흐르는 전류의 시간 당 변화율에 비례한다. 이때 상호 인덕턴스는 코일의 모양, 감은 수,위치,코일내부의물질등에의해결정된다.
2)상호유도 기전력의 방향은 렌츠 법칙에 따라 1차 코일의 전류에 의해 생기는 자기장의 변화를 방해하는 방향(a → G→ b)이다.

(3) 교류에 의한 상호유도: 그림과 같이 1차 코일에 교류가 흐르면 1차 코일을 통과하는 자기 선속의 변화가 2차 코일에도 영향을 미쳐 상호유도에 의해 2차 코일에 유도 전류가 흐른다.

전자기파의 간섭과 회절

전자기파의 간섭
(1) 파동의 중첩과 간섭
1)파동의중첩:두개이상의파동이만나겹쳐지며파동의변위가 합성되어 모양이 변하는 현상
2)파동의간섭:두개이상의파동이서로중첩될때중첩된파동의 진폭이 더 커지거나 더 작아지는 현상

(2) 전자기파의 간섭

1) 1801년 영국의 토마스 영(Thomas Young)은 단일 슬릿에서 나온 빛을 이중 슬릿에 통과시키면 스크린에 밝고 어두운 무늬가 생기는 것을 발견하였다. 이 실험은 빛이 파동이라는 것을 밝힌 최초의 실험이다.
2) 빛이 보강 간섭된 지점에서는 밝은 무늬가, 상쇄 간섭된 지점에 서는 어두운 무늬가 나타난다.

전자기파의 회절
(1) 파동의 회절: 진행하던 파동이 좁은 틈을 통과하여 퍼져 나가거나 장애물의 뒤쪽까지 전파되는 현상
(2) 단일슬릿에의한회절무늬의간격
1)슬릿의 폭이 좁을수록 회절 무늬의 간격이 넓어진다.
2)파동의 파장이 길수록 회절 무늬의 간격이 넓어진다.

(3) 전자기파의 회절: 빛이 단일 슬릿을 통과하면 회절을 하면서 서로 간섭하여 스크린에는 밝은 무늬와 어두운 무늬가 반복해서 나타 나는 회절 무늬가 만들어진다.

1)간섭무늬와 회절 무늬의 차이: 간섭무늬는 밝은 무늬가 일정한 폭과 간격으로 나타나지만, 회절 무늬는 중앙의 밝은 무늬의 폭 이 인접한 밝은 무늬의 폭보다 넓다.
2)빛의 파장이 길수록, 슬릿의 폭이 좁을수록 회절이 더 잘 나타난 다. 중앙의 밝은 무늬의 폭이 넓어진다.
3)빛의 파장이 k, 슬릿의 폭이 a, 슬릿과 스크린 사이의 거리가 L 일 때 스크린 중앙에서 첫 번째 어두운 지점까지의 거리는