전자기 유도 시뮬레이터
이 시뮬레이션의 방정식
| ε | 유도 기전력 | 변하는 자기 선속이 코일에 일으키는 전압. 마이너스 부호는 렌츠 법칙으로, 전류는 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다 | |
|---|---|---|---|
| N | 코일 감은 수 N (또는 1차 코일) | 감은 한 바퀴마다 같은 기전력이 더해집니다 | |
| Φ | 한 바퀴를 지나는 자기 선속 | 단위는 웨버. 그래프는 ε가 자석 위치에 따라 어떻게 달라지는지 보여 줍니다 |
현재 값을 넣으면:
| m | 자석 세기 m (A·m²) | 자석의 자기 쌍극자 모멘트. 1 cm³ 네오디뮴 자석은 약 1 A·m² | |
|---|---|---|---|
| a | 코일의 반지름 | 2 cm | |
| d | 자석 중심에서 감은 선까지의 거리 | 자석을 점 쌍극자로 다룹니다. 코일 안에 있을 때는 대략적인 근사입니다 |
현재 값을 넣으면:
| R | 부하 저항 R (옴) | 코일 자체의 도선이 한 바퀴마다 0.02 Ω을 더합니다 |
|---|
현재 값을 넣으면:
| B | 자기장 B (테슬라, 발전기) | 극 사이에서 균일함 | |
|---|---|---|---|
| A | 코일 넓이 A (cm², 발전기) | 코일을 지나는 선속은 N B A cos ωt | |
| ω | 각속도, 2πf | 진동수 f (Hz, 발전기와 변압기)에서 |
현재 값을 넣으면:
| V_p, V_s | 1차 전압과 2차 전압 | 이상적인 변압기: 손실이 없고 모든 선속이 두 코일을 지납니다 | |
|---|---|---|---|
| N_s | 2차 코일 감은 수 N_s (변압기) | 1차보다 감은 수가 많으면 전압이 오르고 전류가 내려갑니다 |
현재 값을 넣으면:
전자기 유도 시뮬레이터 사용법
- 자석과 코일에서는 자석이 저절로 코일에 들어갔다 나오거나, 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝까지 통과하거나, 손으로를 고르면 위치 슬라이더를 따라 움직입니다. 자석이 들어올 때 검류계는 한쪽으로, 나갈 때는 반대쪽으로 기울고, 자석이 멈춰 있는 동안에는 0에 머뭅니다. 변하는 선속만 전류를 만들기 때문입니다. 코일 위의 글자는 유도된 극을 보여 주며, 이 극은 항상 변화를 방해합니다(렌츠 법칙).
- 속력, 자석의 세기, 감은 수를 바꿔 보면 패러데이 법칙대로 어느 것을 키워도 기전력이 커집니다. 자석을 뒤집으면 전류 방향이 바뀝니다. 그래프는 고른 속력에서 자석이 각 위치에 있을 때의 기전력을 보여 줍니다. 들어올 때 봉우리 하나, 나갈 때 반대 방향 봉우리 하나가 있고, 가운데에서는 0입니다.
- 발전기로 바꾸면 균일한 자기장 속에서 코일이 돌며 사인파가 나오고, 최댓값과 실횻값도 표시됩니다. 변압기로 바꾸면 감은 수의 비로 전압을 올리거나 내릴 수 있습니다. 변압기에 직류 넣기를 체크하면 변압기에서 아무것도 나오지 않는 것을 볼 수 있습니다. 옴의 법칙 계산기로 부하에 흐르는 전류를 구할 수 있습니다.
자주 묻는 질문
패러데이의 전자기 유도 법칙이란 무엇인가요?
코일을 지나는 자기 선속이 변하면, 감은 수와 선속이 변하는 빠르기를 곱한 만큼의 기전력이 유도됩니다. ε = −N dΦ ÷ dt입니다. 자석을 더 빨리 움직이거나, 더 강한 자석을 쓰거나, 감은 수를 늘리면 전압이 커집니다. 코일 안에 멈춰 있는 자석은 아무것도 유도하지 않습니다.
렌츠 법칙은 무슨 뜻인가요?
유도 전류는 그것을 일으킨 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다. 이것이 패러데이 법칙의 음의 부호입니다. 들어오는 자석은 가까운 쪽 끝이 같은 극이 된 코일을 만나 밀려나고, 나가는 자석은 다시 끌려옵니다. 이 힘에 맞서 일을 해야 하며, 바로 그것이 전기 에너지의 출처입니다.
발전기는 어떻게 교류를 만드나요?
자기장 속에서 도는 코일의 선속은 N B A cos ωt로 끊임없이 변하므로 기전력 N B A ω sin ωt가 생깁니다. 전압은 한 바퀴에 두 번 방향이 바뀝니다. 발전소는 발전기를 1초에 50번 또는 60번 돌리며, 이것이 전력망의 주파수를 정합니다.
변압기가 직류에서 작동하지 않는 이유는 무엇인가요?
변압기는 1차 코일의 교류가 철심에 변하는 선속을 만들고, 그 선속이 2차 코일에 전압을 유도하기 때문에 작동합니다. 일정한 직류는 일정한 선속만 만들므로, 스위치를 켠 순간이 지나면 변화도 출력도 없습니다. 게다가 1차 전류는 도선의 저항으로만 제한되어 과열될 수 있습니다.
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무언가 업로드되나요?
아니요. 시뮬레이션은 사용자의 브라우저가 WebGL로 직접 그립니다. 어디에도 전송되지 않으며, 페이지를 한 번 불러오면 오프라인에서도 계속 작동합니다.