간이 발전기 실험 : 자석과 코일로 LED를 밝혀보자~

이미지출처 : 픽사베이

 

발전기의 원리는 자석과 코일의 상호작용으로 전기를 만드는 것에 있습니다.

우리가 일상에서 사용하는 전기 역시 이 원리로 발전소에서 만들어지는데, 이 과정을 쉽게 이해할 수 있도록 간단한 발전기를 직접 만들어보는 실험을 해볼 것입니다.

이 실험을 통해 전자기 유도 현상을 체험하며, 어떻게 전기 에너지가 발생하고, 발광 다이오드(LED)를 밝힐 수 있는지 확인할 수 있습니다.

 

궁금증: 전지 없이 LED에 불을 켤 수 있을까?

우리는 자석과 코일을 이용해, 별도의 전지 없이도 LED에 불을 켤 수 있을지 궁금해합니다. 이번 실험의 목표는 자석의 운동 에너지를 전기 에너지로 전환해 LED를 켜고, 이를 통해 발전기의 원리를 이해하는 것입니다.

---

준비물

• 악력기
• 둥근 물체 (C형 건전지 또는 딱풀)
• 발광 다이오드 (LED)
• 네오디뮴 자석 2개 (지름 2cm, 두께 5mm 이상)
• 에나멜선
• 사포
• 접착테이프

이 실험은 간단한 재료로 전기를 발생시키는 방법을 배울 수 있는 좋은 기회입니다. 준비물은 쉽게 구할 수 있는 것들이며, 특히 에나멜선과 자석은 발전기의 기본 원리를 보여주는 핵심 재료입니다.

 

---

실험 과정

1. 코일 만들기
   먼저 둥근 물체에 에나멜선을 300회 이상 감아 코일을 만듭니다. 에나멜선은 전기가 흐를 수 있는 도선으로, 많이 감을수록 더 큰 전류를 발생시킬 수 있습니다.
2. 에나멜선 끝 정리
   코일의 양 끝을 사포로 살살 문질러 에나멜 피복을 벗겨냅니다. 이는 전기 회로를 연결하기 위해 필요한 과정입니다. 에나멜선 끝이 제대로 벗겨지지 않으면 전류가 흐르지 않으니 주의해야 합니다.
3. 코일과 자석 부착하기
   악력기 손잡이의 한쪽에는 LED에 연결한 코일을 부착하고, 반대쪽에는 네오디뮴 자석 2개를 접착테이프로 고정합니다. 네오디뮴 자석은 매우 강한 자성을 가지고 있어 전자기 유도 현상을 쉽게 일으킬 수 있습니다.
4. 발전하기
   악력기를 반복해서 눌러보며 LED에 불이 켜지는지 확인합니다. 악력기를 누를 때 자석이 코일 근처에서 운동하게 되고, 이때 발생하는 전자기 유도 현상으로 인해 코일에 전류가 흐르게 됩니다. 이 전류가 LED를 밝히는 전기 에너지를 제공합니다.

이미지출처 : 비상교육

---

원리 설명 : 자석과 코일의 상호작용

이 실험에서 자석을 코일 근처에서 움직이게 하면, 자석의 운동 에너지가 전기 에너지로 전환됩니다. 이것이 바로 전자기 유도 현상입니다. 코일 내부의 자석이 움직일 때 코일을 통과하는 자기장이 변하면서, 코일 안에 전류가 발생합니다. 이 전류가 LED에 공급되면 LED는 다시 전기 에너지를 빛 에너지로 전환해 빛을 발하게 됩니다.

 

이 과정은 간단한 발전기에서 발생하는 일과 같습니다. 발전소에서는 터빈이 자석을 회전시키며 대규모의 전기를 생산하는데, 이 원리가 바로 우리가 실험한 간이 발전기와 동일합니다.

 

---

발전기의 기본 원리와 응용

발전기는 고정된 코일(고정자)과 움직이는 자석(회전자)으로 이루어집니다. 우리가 만든 간이 발전기처럼, 터빈이 회전하면서 자석이 코일을 통과해 전기를 발생시키는 방식입니다. 큰 발전소에서는 물, 바람, 증기 등의 힘으로 터빈을 돌려 자석을 회전시키며 전기를 생산합니다.

 

이 실험을 통해 우리는 전기가 단순히 배터리나 콘센트에서만 나오는 것이 아니라, 물리적 에너지를 이용해 직접 만들어낼 수 있음을 알 수 있습니다. 발전기의 작동 원리를 이해하고, 그 과정에서 변환되는 에너지를 눈으로 확인하는 경험은 전기의 기본 원리를 쉽게 익힐 수 있는 좋은 기회가 될 것입니다.