개념 한 쪽
전자기 회로에서 인덕턴스는 전류 변화에 저항하는 성질을 수치로 나타내며 유도기전력은 인덕턴스와 전류 변화율의 곱으로 발생한다. 자기장의 세기와 그로 인한 힘은 자속밀도와 제곱 관계이며, 평행한 도체에 흐르는 전류의 방향에 따라 작용하는 힘의 방향이 달라진다.
이 개념을 문제로 확인하고 싶으면 이 개념 문제 10개 풀기 회원용
가입 없이 오늘의 10문제 바로 풀기 →
출제기준 단원 「표피효과」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 인덕턴스 계산 | 1 | 유도기전력과 전류 변화로 인덕턴스를 계산하는 절차 |
| 유도결합 법칙 명칭 | 1 | 쇄교 자속 변화에 의해 전압이 유기되는 법칙 이름을 묻는 유형 |
| 인덕턴스 단위 환산 | 1 | 헨리 단위를 밀리헨리로 변환하여 정답을 고르는 계산 문제 |
자기 인덕턴스 L은 코일이 전류의 변화를 방해하는 정도를 나타내는 물리량으로 정의된다. 유도기전력 E는 E = L × (di/dt) 관계식으로 표현되며 전류의 시간적 변화율이 클수록 더 큰 기전력이 유도된다.
인덕턴스 계산 문제는 주어진 유도기전력과 전류 변화량 및 시간에 식을 대입하여 L = E·Δt/ΔI 또는 L = E/(di/dt) 형태로 처리한다. 단위 환산에 주의하며 헨리(H)를 밀리헨리(mH)로 바꿀 때는 1000을 곱한다.
자속밀도 B는 자기장의 세기를 나타내는 물리량이며 전자석의 흡인력은 B의 제곱에 비례한다. 즉 자속밀도가 2배이면 흡인력은 4배가 됨을 원리로 이해한다.
두 평행 도체에 전류가 흐를 때 자기장이 상호작용하여 힘이 발생하며, 같은 방향 전류는 서로 끌어당기는 흡인력이 되고 반대 방향 전류는 서로 밀어내는 반발력이 된다. 이 현상은 암페어 힘 법칙으로 설명하며 전류 방향에 따른 힘의 방향을 암기하는 것이 중요하다.
전자기 유도 현상은 패러데이의 법칙으로 설명하며, 한 코일의 전류 변화에 의해 생성된 자기선이 다른 코일을 쇄교하면 그 쇄교 자속이 시간에 따라 변하는 비율에 비례하는 전압이 유기된다고 한다. 패러데이 법칙은 변압기 원리와 유도결합회로의 근거가 된다.
플레밍의 왼손법칙은 도선이 자기장 내에서 받는 힘의 방향을 판정하는 데 사용하며, 플레밍의 오른손법칙은 운동하는 도선이나 자석에 의해 유도되는 전류의 방향을 판정하는 데 사용한다. 힘의 방향을 구할 때는 왼손법칙을 적용해야 함을 구분해야 한다.
대표 계산 예시 — 문제 242384(선택지 포함 자료) 한 코일의 전류가 0.01초 동안 50A에서 10A로 선형적으로 감소하여 20V의 유도기전력이 생기면 인덕턴스는 다음과 같이 구한다. 전류 변화량 ΔI = 50A − 10A = 40A, 시간 Δt = 0.01s이므로 L = E·Δt/ΔI = 20 × 0.01 / 40 = 0.005 H가 된다. 단위를 밀리헨리로 변환하면 5 mH가 된다.
법칙 적용 예시 — 문제 244114(설명 자료) 한 코일의 전류 변동이 다른 코일을 통과하는 자속을 바꾸면, 그 자속의 시간적 변화에 대응하여 다른 코일의 양단에 전압이 유도된다고 정리한다.
어떤 코일에 흐르는 전류가 0.01초사이에 일정하게 50A에서 10A로 변할 때 20V의 기전력이 발생하면 자기인덕턴스는 몇 mH 인가?
정답 ① · 코일의 자기인덕턴스(L)는 유도 기전력(e), 시간(t), 전류 변화량(ΔI)과 e = -L(ΔI/Δt) 의 관계를 가집니다. 전류 변화량 ΔI는 50A - 10A = 40A 이고, 시간 Δt는 0.01초, 기전력은 20V이므로 공식을 변형하여 L = e × Δt / ΔI = 20 × 0.01 / 40 = 0.005 [H]가 됩니다.
자기인덕턴스는 유도기전력에 시간을 곱하고 전류 변화량으로 나누며 단위를 헨리(H)에서 밀리헨리(mH)로 변환해야 한다.
어떤 소일에 흐르는 전류가 0.01초 사이에 일정하게 50A에서 10A로 변할 때 20V의 기전력이 발생하면 자기인덕턴스는 몇 [mH]인가?
정답 ① · 자기 인덕턴스(L)에 의해 유도되는 기전력(e)은 e = -L(di/dt) 공식으로 계산됩니다. 전류 변화량 di = 10A - 50A = -40A, 시간 변화량 dt = 0.01초이므로, 전류 변화율은 di/dt = -4000 [A/s]입니다.
자기인덕턴스 유도기전력 공식 e=L(di/dt)에 전류 변화량과 시간을 대입하여 인덕턴스를 계산한다.
변압기의 원리를 이해하기 위한 유도결합회로에서 코일 1에 전류 i1을 흘리면 그 주위에는 자장이 생기고 자력선의 일부는 코일 2와 쇄교한다. 이 때 코일 2의 양단에는 자속 쇄교수의 시간적 변화율에 비례하는 전압이 유기되는데 이것은 무슨 법칙을 응용한 것인가?
정답 ③ · 문항은 한 코일의 자속 변화에 의해 다른 코일에 전압이 유기되는 현상이 어떤 법칙에 따른 것인지 묻고 있다. 자기선속의 시간적 변화가 전압을 발생시키는 현상은 패러데이의 전자기 유도 법칙에 해당한다.
자기장의 변화에 의해 전압이 유도되는 현상은 패러데이의 전자기 유도 법칙으로 설명된다.
승강기기사 풀이 세트에서 이 개념의 문제 10개를 바로 풀어 보세요.