6-7 전기의 이용 · 소주제 3 / 4
전자석의 성질과 쓰임
이 개념 문제 5개 풀기 →앞에서
초등에서 — 이 단원
다음에
같은 개념 · 다음 층 · 중2 · 전기와 자기전류의 자기 작용직선 도선 둘레에는 도선을 중심으로 한 동심원 모양의 자기장이 생겨요 — 오른손 엄지를 전류 방향으로 하고 도선을 감아쥐면 네 손가락이 자기장 방향이에요. 코일 속 자기장은 막대자석과 비슷하고, 네 손가락을 전류 방향으로 감아쥐면 엄지 쪽이 N극이에요. 전류가 셀수록 자기장도 세요.이어지는 것 · 중2 · 전기와 자기자기장 속 전류가 받는 힘과 전동기자기장 속에서 전류가 흐르는 도선은 힘을 받아요. 힘의 방향은 전류와 자기장 모두에 수직이고(오른손을 펴서 네 손가락은 자기장, 엄지는 전류 방향 — 손바닥이 미는 쪽이 힘), 전류나 자기장의 방향을 바꾸면 힘도 반대가 돼요. 전동기는 이 힘으로 코일을 계속 돌려 전기 에너지를 운동 에너지로 바꿔요.둥근머리 볼트에 에나멜선(겉에 얇은 막을 입힌 구리선)을 한 방향으로 여러 번 감고, 양 끝의 막을 사포로 벗겨 전지 · 스위치와 이어 봐요. 스위치를 닫아 전기가 흐르면 볼트가 클립을 끌어당겨요 — 전기가 흐르는 동안 자석이 된 거예요. 이렇게 전기가 흐를 때 자석이 되는 것을 전자석이라고 해요.
전자석에는 이런 성질이 있어요.
- 스위치를 열어 전기가 흐르지 않으면 자석의 성질이 없어져 클립이 떨어져요.
- 전지를 더 직렬로 이으면 더 많은 클립이 붙어요 — 전자석이 세져요.
- 전지의 방향을 바꾸면 볼트 양 끝의 극이 서로 바뀌어요. 볼트 끝에 나침반을 놓으면 바늘이 반대쪽을 가리켜요.
나침반 바늘의 N극은 자석의 S극에 끌려가고 N극에서는 밀려나요. 그래서 볼트 끝 가까이에 놓은 나침반 바늘의 N극이 볼트 쪽을 가리키면 그 끝은 S극, 반대쪽을 가리키면 N극이에요.
전자석 만들기
자료 · 계산 붙는 클립 수는 코일에 흐르는 전기의 세기에 비례하게 잡은 어림, 쓰이는 곳 사진 위키미디어 공용
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 → 스위치를 닫았다 열고, 전지를 2개 · 3개로 늘리고, 전지 방향을 바꿔 보세요 → 클립 수와 나침반 바늘은 어떻게 달라지나요?
전자석은 늘 같은 세기 · 같은 극을 가진 영구 자석(막대자석 같은 것)과 다른 점이 있어요.
- 자석이 되는 때 — 전자석은 전기가 흐를 때만, 영구 자석은 늘 자석이에요.
- 세기 바꾸기 — 전자석은 전지의 수로 바꿀 수 있지만, 영구 자석은 바꿀 수 없어요.
- 극 바꾸기 — 전자석은 전지의 방향을 바꾸면 극이 바뀌지만, 영구 자석은 바꿀 수 없어요.
영구 자석과 견주기
자료 · 계산 붙는 클립 수는 코일에 흐르는 전기의 세기에 비례하게 잡은 어림, 쓰이는 곳 사진 위키미디어 공용
해 볼 것 · 막대자석과 전자석에 붙은 클립을 견줘 보세요 → 스위치를 열면 어느 쪽 클립이 떨어지나요?
1820년대에 처음 만든 전자석은 전선을 듬성듬성 한 겹만 감아 힘이 약했어요. 1830년대에 미국의 과학자 조지프 헨리는 비단으로 감싼 전선을 철심에 여러 겹 촘촘히 감아 무거운 철을 들어 올리는 센 전자석을 만들었어요. 감싼 전선이라 여러 겹 감아도 서로 닿지 않았지요 — 오늘날 에나멜선의 얇은 막이 하는 일과 같아요.
전자석은 껐다 켤 수 있고 세기와 극을 바꿀 수 있어서 우리 둘레의 많은 곳에 쓰여요. 고철 처리장의 전자석 기중기는 전기를 켜서 무거운 고철을 붙여 들어 올리고, 전기를 꺼서 원하는 곳에 내려놓아요 — 영구 자석이라면 붙은 고철을 내려놓을 수 없겠지요. 전자석은 철로 된 물체만 끌어당기므로, 알루미늄 캔 · 나무 · 플라스틱은 붙지 않아 고철을 고르는 데도 쓰여요.
전자석 기중기 3D
자료 · 계산 코드로 그린 설명용 모형(기중기 · 철 고철 · 알루미늄 캔 · 나무 · 플라스틱 · 트럭) — 들어 올리는 개수는 세기 차이를 보이려는 어림
해 볼 것 · 먼저 예상해 보세요 → 전기를 켜고 내려 고철을 붙이고, 트럭 쪽으로 옮겨 전기를 꺼 보세요 → 세기를 올리면 무엇이 달라지나요?
그 밖에도 전자석의 힘으로 선로 위에 떠서 달리는 자기 부상 열차, 전자석이 떨리며 소리를 내는 스피커 · 버저 · 초인종, 전자석이 돌아가게 하는 선풍기 · 세탁기의 전동기, 아주 센 전자석으로 몸속을 찍는 병원의 MRI 에 전자석이 쓰여요.
전자석은 어디에 쓸까
자료 · 계산 붙는 클립 수는 코일에 흐르는 전기의 세기에 비례하게 잡은 어림, 쓰이는 곳 사진 위키미디어 공용
해 볼 것 · 카드를 살펴보고, 우리 집에서 전자석이 들어 있는 물건을 하나 더 찾아보세요.
전자석 실험에서 (1) 클립을 더 많이 붙이려면, (2) 볼트 머리 쪽의 극을 반대로 바꾸려면 어떻게 해야 할까요?
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- 전자석은 전지를 더 직렬로 이을수록 세져요 — 전지를 하나 더 직렬로 이어요.
- 전자석의 극은 전지의 방향에 따라 정해져요 — 전지의 방향을 반대로 바꿔 끼워요.
답: (1) 전지를 더 직렬로 잇는다, (2) 전지의 방향을 바꾼다
스위치를 닫았더니 볼트 머리 옆에 놓은 나침반 바늘의 N극이 볼트 머리 쪽을 가리켰어요. 볼트 머리 쪽은 무슨 극일까요? 전지의 방향을 바꾸면 어떻게 될까요?
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- 나침반 바늘의 N극은 자석의 S극에 끌려가요 — 바늘 N극이 머리 쪽을 가리키니 머리 쪽은 S극이에요.
- 전지의 방향을 바꾸면 전자석의 극이 서로 바뀌어 머리 쪽이 N극이 되고, 바늘의 N극은 반대쪽을 가리켜요.
답: S극, 전지 방향을 바꾸면 N극
전자석 실험을 할 때는 에나멜선이 뜨거워질 수 있으니 스위치를 잠깐씩만 닫고, 실험이 끝나면 전지를 빼 둬요.