12.화력발전기초-GO BACK TO BASIC 전기기초이론2

-자석과 자기

(1) 자석
자석이 철편을 끄는 성질을 자기라 하며, 그 물체를 자석이라 한다. 이때 작용하는 힘이 가장 강한 부분을 자극이라 한다. 자석을 수평으로 매달아씅때 불 쪽을 향한 자극을 n급, 남쪽을 향한 자극을 s 극이라 한다. 자석은 전동기 등 기타 각종 전기기계로부터 간단한 생활기구에 이르기까지 광범위하게 사용되고 있다. 

(2) 자장 또는 자게
자석의 자극은 주위의 물질에 대하여 자기적인 힘이 미치는 데 이 힘을 자기력이라 하며 자기력이 미치는 공간을 자장 또는 자계리 고도한다. 재계의 상태는 눈으로 보이지 않으므로 재계의 상태를 표시하는 선을 가상하여 재계의 크기와 방향을 나타내며, 재계의 크기와 방향을 함께 나타낸 것을 재계의 세기라고 한다. 

(3) 쿨롱의 법칙
자극 간의 작용하는 자력의 크기는 두 자극의 힘의 곱에 비례하고 자극 간 거리의 제곱에 반비례하며, 자극이 같은 경우에는 서로 밀고, 다른 경우에는 서로 당긴다. 

(4) 자력선
막대자석 주위에 쇳가루를 뿌려두면 자력의 방향으로 선의 모양을 이루게 되는데 이와 같은 재계를 나타내는 가상스러운 선을 자력선이라 하며, 이들 자력선은 n 극에서 나와 s 극으로 돌아간다.

(5) 자속 
자력선은 자극의 위치와 주변 매질에 따라서 개수가 달라진다. 이러한 불편을 없애기 위해 자극이 어떤 매질 중이더라도 언제나 m개의 자력선이 나온다고 가정하여 이 선에 의해서 재계의 상태를 나타내도록 한다. 이와 같은 자력선을 자속이라 하며, 단위는 자극의 세기와 같은 단위인 웨버를 사용한다. 자속으로서 재계의 크기나 자성체 내부의 자기적인 상태를 나타내기 위하여 자속의 방향에 수직인 단위면적을 통과하는 자속의 소를 취하여 이것을 자속밀도라 하며 기호는 b 단위는 테슬라가 사용된다. 

- 전류와 자기

(1) 자장의 방향 
도체에 전류가 흐르면 도체 주위에는 흐르는 전류에 의해 재계가 발생한다. 전류의 방향을 오른나사가 진행하는 방향으로 일치시킬 때, 전류에 의해 생기는 재계의 방향은 오른손 나사가 회전하는 방향과 이리하는데, 이것을 앙페르의 오른나사 법칙 또는 오른손 법칙이라 한다. 즉 노릇 나사 법칙은 전류가 오른나사의 진행 방향으로 흐르는 자게는 그 나사의 회전 방향으로 발생한다.
 
(2) 직선 전류에 의한 자장의 세기 
어느 점의 자장의 세기는 전류의 크기 그 점과 전류와의 거리, 그 점까지의 매질 등에 따라 달라진다. 
(3) 기자력
자속을 만들 수 있는 원동력이 되는 것을 가지려고 이라 하며, 자속은 코일의 권수 n이 많을수록 또는 흐르는 전류 I가 클수록 커진다. 
따라서 기자력은 전류 I와 권수 n을 곱한 것과 비례한다. 

(4) 전자석
코일에 전류 I를 흘리면 코일 내부에 자장이 생긴다. 이 코일 안에 철심을 넣으면 철심은 코일 내부의 자장에 의해서 자화 되어 전자석으로 된다. 전자석의 자극 세기는 코일에 흐르는 전후에 의해서 변화시킬 수 있다. 이러한 전자석의 원리를 이용하여 발전기의 회전자에 계자 전류를 흘려 회전자의 자화 시킨다. 

- 전자력

2개의 자석을 가까이하면 흡인력 또는 반발력이 작용한다. 또한 자게 내에 있는 도체에 전류를 흘려주면 도체가 힘을 받아 움직이게 되는데 이 힘을 전자력이라 한다. 

(1) 전자력의 방향 
왼손의 집게손가락을 재계의 방향, 가운뎃손가락을 전류의 방향에 일치시키면 엄지손가락의 방향으로 전자력이 발생하는데 이와 같은 현상을 설명한 것이 플레밍의 왼손법칙이라 한다. 

-전자유도

코일에 검류계를 연결한 후 코일 내부로 자석을 가까이했다 멀리했다 하면 코일에 전류가 흘러 검류계의 바늘이 좌우로 움직인다. 이 현상을 전자유도라 하며, 이 전자유도는 자속의 변화에 의한 경우와 도체의 운동에 의한 경우로 나눌 수 있다. 

(1) 코일 속의 자속 서가 변화하는 경우의 전자유도
자석을 코일에 가까이하거나 멀리하면 검류계 바늘이 움직인다. 이것으로부터 코일 내에서 자장 변화가 발생하면 전압이 유도되어 전류가 흐른다는 사실을 알 수 있는데, 이때 발생한 전압을 유도 기전력이라 하고, 흐르는 전력을 유도전류라 한다. 
(가) 유도 기전력의 크기 
코일과 교차한 자속이 변화할 EO 생기는 유도기전력의 크기는 코일과 교차하는 자속의 매초 변화량과 코일의 감은 수에 비례한다. 이것을 전자유도에 관한 패러데이의 법칙이라 한다. 
(나) 유도 기전력이 방향 
코일을 지나는 자속이 증가할 때는 자속을 감소시키는 방향으로, 감소할 때는 증가시키는 방향으로 유도기전력이 발생해서 유도전류가 흐른다. 다시 말해 유도 기전력은 자속의 변화를 방해하려는 방향으로 발생한다. 이것을 유도 기전력의 방향에 관한 렌즈의 법칙이라고 한다. 
(2) 도체의 운동에 의한 전자유도 
도체를 자속과 직각인 방향으로 움직이면 도체에는 움직이는 방향에 따라 유도 기전력이 발생하여 전류가 흐르게 된다. 이처럼 도체가 자장 중에서 운동하여 자속을 끊을 때도 유도기전력이 발생함을 알 수 있다.