굼벵이 자석

 

 

 

 

목  적 : 전자기 유도에서의 렌쯔의 법칙을 확인한다.

 

준비물 : 길이 1m, φ 3㎝ 알루미늄관 2개, 같은 모양의 PVC파이프2개, φ2.5cm Nd자석 2개,  자석과 같은 크기, 같은 모양의 금속 추.

 

방  법

①  자석이 알루미늄 관이나 PVC파이프에 붙는지 붙여보자.

②  P.V.C파이프 속으로 Nd자석과 금속 추를 동시에 떨어뜨려 본다.  누가 먼저 떨어지는가?

③  이번에는 Nd자석과 금속 추를 알루미늄 관속에 동시에 떨어뜨려 본다.  누가 먼저 떨어지는가?

④ PVC파이프 바깥쪽에 코일을 많이 감고, 양끝을 검류계에 연결한 후, Nd자석을 파이프 속으로 떨어뜨려 보자. 검류계의 바늘은 어떻게 돌아가는가?

 

 결  과

①  자석은 어디에도 붙지 않는다.

②  두개를 동시에 떨어뜨리면 똑 같이 땅에 떨어진다.

③  금속추가 먼저 떨어지고, 자석은 한참 후에 떨어진다.

④  왼쪽으로 돌아갔다가 다시 오른쪽으로 돌아간 후 원위치로 복귀한다.

 

 

원 리 : 알루미늄관속을 낙하하는 자석은 관에 생기는 유도전류의 영향에 의해 위쪽 방향의 전자기력을 받게되어 천천히 떨어지게 된다. 이 현상은 ‘Lenz의 법칙’으로 설명해 보자.

①  그림과 같이 아래방향이 N극인 네오디늄 자석이 구리관 속에서 낙하하면 렌쯔법칙에 의해 유도전류는 반 시계 방향으로 생긴다. 이 유도전류에 의한 자기장은 위쪽이 N극이 되어 자석이 떨어지는 것을 방해한다.

②  이번에는 S극이 멀어지면 유도전류는 시계방향으로 생기고, 이 유도전류에 의한 자기장은 아래쪽이 N극이 되어 자석의 S극 내려가지 못하게 방해한다.

③  위의 두 경우에서 보는 것처럼 알루미늄 관의 어느 부분(밖에 코일을 감았을 때 이 코일)에 자석이 가까이 올 때와 멀어질 때는 전류의 방향이 바뀌게 된다. 따라서 검류계의 바늘이 왼쪽으로 갔다가 오른쪽으로 갔다가 제자리에 돌아오게 된다.