플레밍의 왼손법칙과 오른손 법칙 실험

플레밍의 왼손법칙과 오른손 법칙을 확인할 수 있는 장치들을 만들어 보았다.

만든 장치는 2가지 인데, 3가지 실험을 할 수 있다. 

먼저 쌍극쌍투(DPDT)스위치를 이용한 전기그네 이다. 

납작한 자석을 준비한 다음, 어느쪽이 어떤 극인지 알아내서 겉에 쓴다. 사실 자석의 극은 플레밍의 왼손법칙으로 알아냈다.

컴퓨터 파워서플라이를 준비해서 5V 출력에 자동차 헤드라이트 전구를 연결한 다음, 쌍극 쌍투 스위치를 이용해서 극성을 바꾸기 쉽도록 만들었다. 

구리선으로 만든 그네는 굵은 에나멜선을 이용하였는데, 그냥 구리전선으로 해도 된다. 여기서 흐르는 전류는 DC 6A 정도이다.

그네의 지지대와 움직이는 부분은 가느다란 전선으로 연결하여 접촉저항을 줄였다.

http://youtu.be/Apq13abbiUw

쌍극 쌍투 나이프 스위치를 이용하니 극성을 바꾸기가 매우 용이하다. 나이프 스위치는 인터넷으로 구매하였는데, 반드시 나이프 스위치일 필요는 없고, 쌍극쌍투(DPDT) 형태이면 웬만한 것은 다 된다. 

위의 실험에 사용된 스위치는 직류전동기의 정역회전을 제어하거나 소용량의 3상 유도전동기의 정역회전을 제어하는 용도로도 사용될 수 있다. 

플레밍의 왼손법칙과 오른손 법칙을 확인할 수 있는 장치도 만들어 보았다. 

집 근처 리모델링 하는 곳에서 주워온 나무를 이용했는데, 합판이 알맞은 크기로 잘라져 있어서 따로 가공할 필요는 없었다. 

각목을 잘라서 양 끝에 붙여주고, 프린터를 분해해서 얻은 쇠막대를 레일처럼 위쪽에 붙였다. 그리고 압정을 이용하여 철자를 합판에 붙인 다음, N극이 위로 향하도록 자석들을 붙여주었다. 해외 사이트에서는 라플라스 레일이라고 부르는 것 같지만, 정식 명칭은 없는 것 같아보였다. 

굴러다니는 도체는 알루미늄 막대를 사용했는데, 구리 막대가 더 좋을 것 같다. 굴러다니는 막대는 자석에 붙지 않는 재질이 좋다. 

막대를 가운데 올려두고 레일에 전류를 가하면 막대가 전류의 방향에 따라서 움직인다. 움직이는 방향은 플레밍의 왼손법칙으로 미리 가늠해 볼 수 있다. 

알루미늄 도체가 자석 영역을 벗어나지 않도록, 작은 자석을 이용해서 멈추는 장치를 만들어 주었다. 

http://youtu.be/A5Z-FHfs7tg

위의 동영상은 소개한 장치로 시도해 본 실험 동영상이다. 플레밍의 왼손법칙에 따라서 막대가 움직이는것을 볼 수있다. 

멈춤 장치로 사용된 자석은 바닥에 붙어있는 자석의 극성과 같은 방향이어야 실험이 잘 된다. 

전류는 약 10A 정도가 흘렀는데, 컴퓨터 파워서플라이를 이용해서 12V 를 공급하였고, 자동차 헤드라이트 전구(12V 120W)를 부하로 사용했다.

플레밍의 왼손법칙은 모터에 사용되는 원리이다. 

이 장치를 그대로 이용해서 플레밍의 오른손 법칙 실험도 할 수 있다. 

자석의 S 극을 모두 위쪽으로 해서 바닥에 붙이고, 멀티미터를 레일에 연결한다. 멀티미터는 0.1mV 범위의 측정이 가능한 종류로 구한다. 

알루미늄 도체를 레일에 접촉하고, 이동시키면 플레밍의 오른손 법칙에 따라 기전력이 유도된다. 기전력의 방향은 적색 리드봉에 양의 전압이 가해졌을 때에는 그대로 값이 나오고, 적색 리드봉에 음의 전압이 가해졌을 때에는 마이너스(-) 표시가 되면서 해당 값이 나온다. 

발생하는 전압이 매우 미약하므로 알루미늄 도체를 단단히 접촉시켜서 실험을 해야 결과를 볼 수 있다.

http://youtu.be/2TB2mnfR4Qo

동영상을 보면, 알루미늄 막대의 이동방향에 따라서 발생하는 전압의 극성이 다르다는 것을 알 수 있다. 

플레밍의 오른손 법칙은 발전기에서 이용되는 법칙이다. 

이 장치로 플레밍의 왼손법칙 실험을 하면, 자기장 속에서 도체가 이동하는 것이 되므로 도체에 기전력이 유도되는데 이 기전력의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 따라 방향이 결정되고, 이 기전력의 방향은 전원의 전압과 반대방향이 된다. 이를 역기전력 이라고 한다. 

따라서 모터가 빠르게 돌 때에는 이 역기전력도 강해져서 부하전류가 적게 흐르게 되고, 모터가 느리게 돌 때에는 이 역기전력이 약해져서 부하전류가 많아진다. 모터가 멈춰있을때에는 역기전력도 0 이므로 (전원을 가한 직후)전류가 최대로 흐르게 되는데 이 전류가 기동전류이다. 

큰 비용을 들이지 않고, 모터의 원리와 발전기의 원리를 알아볼 수 있는 실험이다.