물리 문제 해석 좀 부탁드릴게요ㅠㅜㅜㅜ
유도 전류랑 전자기 유도랑 관련된 문제인데요
가 그림은 이해가 되는데요 나 그림이 이해가 잘 안되고 ㄴ은 알겠는데 ㄷ은 어떻게 판단하는건지,
왜 틀린지 모르겠어요
안녕하세요.
이 문제는 전자기 유도와 관련된 문제로, 코일이 자장 속을 이동할 때 발생하는 유도 전류에 대해 묻고 있습니다. 그림 (가)와 (나)는 각각 코일이 자기장 영역을 지나가는 상황을 나타냅니다. 문제를 이해하기 위해서는 패러데이의 법칙(Faraday`s Law)과 렌츠(Lenz`s Law)의 법칙을 이해해야 합니다.
패러데이의 법칙은 시간에 따라 변화하는 자기장이 코일에 유도 전류를 발생시킨다는 것을 말합니다. 유도 기전력 ε은 자기 선속(자기장 선의 밀도)이 변할 때 발생하며, 다음과 같이 표현됩니다:
ε = -dΦᵦ / dt
여기서 Φᵦ는 자기 선속입니다.
렌츠의 법칙은 유도된 전류가 자기 선속의 변화를 방해하는 방향으로 흐른다는 것을 말합니다. 즉, 코일에 유도된 전류는 원래의 자기장 변화를 방해하는 방향으로 흐릅니다.
문제 및 그림 해석
그림(가) : 이 그림에서는 코일이 자기장에서 완전히 벗어나려고 움직이는 상황입니다. 이 경우, 코일 내부의 자속(flux)은 감소하고 있으며, 렌츠의 법칙에 따라 이 감소를 막으려는 방향으로 유도 전류가 발생합니다. 즉, 코일에서 나오는 유도 전류는 원래 자기장의 방향을 유지하려고 할 것입니다.
그림(나) : 이 그림에서는 코일이 자기장에서 완전히 벗어나려고 움직이는 상황입니다. 이 경우, 코일 내부의 자속(flux)은 감소하고 있으며, 렌츠의 법칙에 따라 이 감소를 막으려는 방향으로 유도 전류가 발생합니다. 즉, 코일에서 나오는 유도 전류는 원래 자기장의 방향을 유지하려고 할 것입니다.
ㄴ 그림 : 자기장의 경계로 코일이 이동할 때 자속이 증가하므로, 이 증가를 반대하는 방향으로 유도 전류가 발생합니다. 코일이 자기장 내로 이동하면서 자속이 증가하므로, 이를 억제하기 위한 방향으로 전류가 흐르게 됩니다.
ㄷ 그림 : 이 경우에는 코일이 자기장을 향해 움직이고 있으며, 자속의 증가를 막기 위해 자기장과 반대 방향으로 유도 전류가 발생합니다. 즉, 코일 내부의 전류는 자기장을 약화시키려는 방향으로 흐르게 됩니다.
보기 분석
ㄱ: 그림(가)에서 도선은 자기장에서 벗어나고 있으며, 이로 인해 자속이 감소합니다. 렌츠의 법칙에 따라 유도 전류는 자속 감소를 방해하는 방향으로 흐르게 됩니다. 이는 도선에 자기장 방향을 강화하는 유도 전류를 유발합니다. 시계 반대 방향인지 여부는 자기장의 방향과 도선의 방향에 따라 달라집니다. 일반적으로 외부 자기장 방향을 고려할 때, 이 보기가 올바르다면 유도 전류의 방향이 이를 방해하는 방향, 즉 시계 반대 방향으로 흐를 것입니다.ㄴ: 그림(가)에서 도선은 자기장에서 벗어나고 있으며, 이로 인해 자속이 감소합니다. 렌츠의 법칙에 따라 유도 전류는 자속 감소를 방해하는 방향으로 흐르게 됩니다. 이는 도선에 자기장 방향을 강화하는 유도 전류를 유발합니다. 시계 반대 방향인지 여부는 자기장의 방향과 도선의 방향에 따라 달라집니다. 일반적으로 외부 자기장 방향을 고려할 때, 이 보기가 올바르다면 유도 전류의 방향이 이를 방해하는 방향, 즉 시계 반대 방향으로 흐를 것입니다.
ㄷ: 그림(가)에서 도선은 자기장에서 벗어나고 있으며, 이로 인해 자속이 감소합니다. 렌츠의 법칙에 따라 유도 전류는 자속 감소를 방해하는 방향으로 흐르게 됩니다. 이는 도선에 자기장 방향을 강화하는 유도 전류를 유발합니다. 시계 반대 방향인지 여부는 자기장의 방향과 도선의 방향에 따라 달라집니다. 일반적으로 외부 자기장 방향을 고려할 때, 이 보기가 올바르다면 유도 전류의 방향이 이를 방해하는 방향, 즉 시계 반대 방향으로 흐를 것입니다.
ㄱ은 옳은 설명입니다. ㄴ은 조건이 충족된다면 옳은 설명입니다. ㄷ은 잘못된 표현입니다.
따라서, 정답은 3번입니다.안녕하세요. 곽지윤 전문가입니다.
전자기 유도 법칙에 의한 유도기전력은 코일의 감긴 횟수와 자기장의 변화량에 비례합니다. 그림에서는 코일의 감긴 횟수가 1회로 동일하니 같은 시간동안 도선에 영향을 주는 자기장의 양(도선에 영향을 주는 자기장의 면적)을 비교하시면 됩니다.
두 도선의 속도가 동일하기 때문에 도선의 모양 및 이동 방향을 고려했을때 (나)가 더 많은 유도기전력이 생성됩니다(유도기전류는 유도기전력과 비례)
(나)애서 도선이 완전히 자기장안으로 들어가게되면 자기장을 벗어나기 전까지는 도선이 느끼는 자기장의 량은 변화하지 않습니다. 즉 유도기전류가 생성되지 않습니다.
감사합니다