jumping Ring
목 적 : 솔레노이드 코일 위에 링을 놓고 전류를 흘릴 때 코일에 발생한 자기장에 의한 상호유도로 링이 힘을 받아 떠오름을 보인다.
준비물 : 솔레노이드 코일, 철심, 스위치, 링(알루미늄, 구리, Brass), 교류전원
방 법
① 오른쪽 그림과 같이 장치를 하고 알루미늄 링을 원통 위에 올린 후 스위치를 눌러 전류를 흐르게 한다.② 이번에는 0.5mm 정도의 틈을 낸 터진 원형 링으로 위와 같이 해보자. 어떻게 될까?
③ 알루미늄 링을 액체 질소에 담가 온도를 낮춘 뒤 위와 같은 방법으로 해 본다.
④ 알루미늄 링을 원통 위에 두고 손으로 누른 상태에서 스위치를 켠다.
⑤ 알루미늄 링 대신 구리 링을 사용하여 스위치를 닫아 링이 올라가는 높이를 살펴본다.
⑥ 무거운 Brass 링 한 개를 올려놓은 상태에서 알루미늄 링 하나를 더 위에 올려 놓아본다.
결 과
① 폐원형 링은 스위치를 닫으면 약 50cm 가량 떠오르나, 터진 원형 링은 안 올라간다.
② 알루미늄 링을 액체 질소에 담근 경우에는 더욱 높이 올라간다.
③ 알루미늄 링을 누른 상태에서 스위치를 켜면 링이 덜덜 떨면서 알루미늄 링에 열이 많이 발생한다.
④ 구리 링을 사용하면 알루미늄 링보다 무게가 무거워서 높이가 적게 올라간다.
⑤ 무거운 Brass링을 놓았을 때는 안 떠오르나 위에 링을 한 개 더 놓으면 떠오르게 된다.
원 리 : 스위치를 닫아 아래쪽 솔레노이드 코일에 교류 전류가 흐르면 자기장이 생기고 자속이 변하므로 링에 유도 전류가 반대 방향으로 흐르게 된다. 오른쪽 그림과 같이 코일에 전류가 흐르면 링의 전류의 방향은 오른쪽으로 나오고 왼쪽으로 들어가는 방향이다. 완벽한 솔레노이드가 아니므로 코일에서 발생한 자기장의 수평성분과 링의 유도전류에 의해 생긴 자기장이 작용해서 링이 힘을 받아 뜨게 된다. 액체 질소에 링을 담근 경우에는 링의 저항이 작아 전류가 많이 흘러 자기장의 세기가 세어지므로 더욱 높이 올라가게 된다. 손으로 링을 누르고 있으면 열이 많이 발생하는데 이를 Inductive Heating이라 한다. 링의 저항이 크거나 무게가 크면 높이는 더욱 낮아진다. 두 도선에 나란히 전류가 흐르면 인력이 작용한다. 이 때 힘은 