전자기 유도는 코일을 지나는 자기장의 변화가 전류를 만들어 내는 현상입니다. 자석을 코일에 넣고 뺄 때 전류가 흐르는 이 원리가 발전기·변압기·무선 충전의 바탕입니다. 이 글은 물리학 '전기와 자기'를 배우는 학생을 위해 패러데이 법칙과 렌츠 법칙을 정리하고, 검산한 예제로 유도 기전력을 직접 계산합니다.
전자기 유도란?
코일을 통과하는 자기 선속(자기장 × 넓이, Φ=BA)이 시간에 따라 변하면 코일에 기전력이 유도됩니다. 정지한 자기장은 전류를 만들지 못하고, 변화만이 전류를 만든다는 점이 핵심입니다. 정지한 전하가 만드는 전기장은 전하와 전기장에서, 전자기 유도로 전기를 만드는 발전기는 발전의 원리에서 다뤘습니다.
자기장이 '있다'가 아니라 '변한다'가 전류를 만든다 — 전자기 유도의 한 줄 핵심.
패러데이 법칙은 무엇인가?
유도 기전력의 크기는 자기 선속의 변화율에 비례하고, 코일의 감은 수 N에 비례합니다.
유도 기전력 V = N × (ΔΦ/Δt), Φ = B·A (자기 선속)
| 변수 | 의미 | 단위 |
|---|---|---|
| Φ | 자기 선속 (B×A) | Wb (웨버) |
| N | 코일 감은 수 | 회 |
| ΔΦ/Δt | 선속의 시간 변화율 | Wb/s |
| V | 유도 기전력 | V (볼트) |
렌츠 법칙은 방향을 어떻게 정하나?
유도 전류는 자신을 만든 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다.
- 자석의 N극이 코일에 다가오면 → 코일은 다가오는 N극을 밀어내려 같은 극(N)이 되도록 전류가 흐름.
- 자석이 멀어지면 → 붙잡으려 반대 극(S)이 되도록 전류 방향이 뒤바뀜.
- 이는 에너지 보존의 결과 — 방해하지 않으면 힘을 안 들이고 전기가 생기는 모순이 됩니다.
예제로 검산하면?
[예제 1] 100번 감은 코일(넓이 0.01 m²)을 지나는 자기장이 0.2 s 동안 0.2 T에서 0.6 T로 일정하게 증가했다. 유도 기전력의 크기는?
풀이
- ΔΦ = ΔB × A = (0.6−0.2) × 0.01 = 0.004 Wb
- V = N × ΔΦ/Δt = 100 × 0.004 / 0.2 = 2 V
- 검산: 0.4×0.01=0.004, 100×0.004=0.4, 0.4/0.2=2. 단위도 Wb/s×회=V로 일치.
[예제 2] 자기장 0.5 T 안에서 길이 0.2 m인 도선이 자기장·도선에 수직으로 10 m/s로 움직인다. 운동 기전력은?
풀이
- 운동 기전력 V = B·ℓ·v = 0.5 × 0.2 × 10 = 1 V
- 검산: 0.5×0.2=0.1, 0.1×10=1. T·m·(m/s)=V로 단위 일치.
어디서 자주 막히나?
| 막히는 지점 | 원인 | 교정 |
|---|---|---|
| 정지 자기장도 전류 | 변화 개념 누락 | ΔΦ가 0이면 기전력 0 |
| N을 안 곱함 | 감은 수 무시 | 기전력은 N배 |
| 유도 전류 방향 반대 | 렌츠 법칙 혼동 | 항상 변화를 방해하는 방향 |
흔한 오해 3가지
- "자기장이 세면 전류가 흐른다" — 세기가 아니라 변화가 전류를 만듭니다. 강해도 일정하면 유도 전류 0.
- "유도 전류는 자석 운동을 돕는다" — 반대입니다. 렌츠 법칙에 따라 방해합니다.
- "기전력과 전류는 같은 말" — 기전력은 '전류를 흐르게 하는 원인(전압)'이고, 실제 전류 크기는 회로 저항에 따라 달라집니다.
전자기 유도는 발전·송전·전동기까지 이어지는 물리의 큰 축이라, '변화가 전류를 만든다'는 한 줄과 두 법칙만 정확히 잡으면 응용이 넓어집니다. TimeLevelUp은 전기장·자기장에서 전자기 유도로 이어지는 순서로 개념을 배치하고, 렌츠 법칙 방향처럼 자주 틀리는 지점을 복습 주기에 넣어 헷갈림이 굳지 않게 학습 리듬을 설계합니다.
최종 점검 2026-09-26 — 코일 유도 기전력과 운동 기전력을 예제로 검산해 확인했습니다.