전자기파를 이용하면 어떻게 공간을 사이에 두고 에너지를 전달할 수 있을까요?

Question

전자레인지나 무선충전기처럼 전자기파를 이용하는 기기는 같은 전기를 사용하더라도 전선을 통해 직접 에너지를 전달하는 방식과 다른데, 전자기파를 이용하면 어떻게 공간을 사이에 두고 에너지를 전달할 수 있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

전선 없이 에너지가 건너가는 건 전기장과 자기장이 서로를 만들어내는 성질 때문이에요. 전류가 시간에 따라 변하면 주변에 변하는 자기장이 생기고, 변하는 자기장은 다시 전기장을 만들어요. 이 두 장이 서로를 낳으며 공간으로 뻗어나가는 게 전자기파예요. 전선은 전자가 이동할 통로지만, 전자기파는 매질 없이 스스로 나아가니 진공에서도 에너지를 실어 갈 수 있어요. 태양에서 빛과 열이 우주를 건너 지구에 도달하는 것과 같은 방식이에요.

받는 쪽에서 에너지로 되돌리는 방법은 두 가지예요. 무선충전기는 전자기파가 멀리 날아가는 방식이 아니라, 코일 주변에 형성된 자기장이 상대 코일을 흔들어 전류를 유도하는 방식이에요. 그래서 거리가 몇 mm만 벌어져도 효율이 뚝 떨어져요. 전자레인지는 반대로 파를 쏘아 보내요. 마이크로파가 음식 속 물 분자를 붙잡아 초당 수십억 번 회전시키고, 그 요동이 분자끼리 부딪히며 열이 되는 거예요. 전기가 음식으로 흘러 들어간 게 아니라 파동이 분자의 운동으로 바뀐 거죠.

전선 방식과 결정적으로 다른 점은 손실이에요. 전선은 도선 안에 에너지를 갇힌 채 보내니 효율이 90%를 넘지만, 공간으로 퍼뜨리면 사방으로 흩어져 일부만 받는 쪽에 도달해요. 무선충전이 유선보다 느리고 뜨거운 이유고요. 그래서 먼 거리 무선 전력 전송은 아직 실용화가 어렵고, 지금은 짧은 거리의 편의성이나 전자레인지처럼 대상에 직접 흡수시키는 용도에 쓰여요 :)

Answer 2

안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 핵심은 전기가 전선을 타고 그대로 이동하는 것이 아니라, 전류가 만들어낸 전기장과 자기장이 공간을 통해 에너지를 전달할 수 있다는 점입니다.

 예를 들어 무선충전기는 충전기 코일에 교류 전류를 흘려 변화하는 자기장을 만듭니다. 이 자기장이 스마트폰 안의 코일에 도달하면 코일에 전압이 유도되고, 그 전압으로 전류를 만들어 배터리를 충전합니다. 즉, 전선으로 직접 연결하지 않아도 자기장을 매개로 에너지가 이동하는 것입니다.

 전자레인지도 비슷한 원리지만 훨씬 높은 주파수의 전자기파를 이용합니다. 마그네트론 등이 만든 마이크로파가 공간을 지나 음식에 도달하고, 음식 속 물 분자나 이온 등이 변화하는 전기장에 반응하면서 전자기파의 에너지가 열에너지로 바뀝니다.

 쉽게 말하면 전자기파 방식은 전원 → 전기장·자기장 → 공간을 이동 → 수신부 → 에너지로 변환이라고 볼 수 있습니다. 결국 전자기파도 에너지를 운반할 수 있기 때문에 전선 없이도 일정 거리까지 에너지를 전달할 수 있는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

전자기파는 전기장과 자기장이 서로 변하면서 공간을 통해 퍼져나가고, 그 과정에서 에너지도 함께 전달하게 됩니다.

전선을 사용할 때는 전하의 흐름을 따라 에너지가 전달되지만, 전자기파는 전선이 없어도 공간 자체를 통해 에너지를 이동시킬 수 있습니다. 전자레인지의 경우 마이크로파가 음식 속 물 분자에 에너지를 전달해 분자의 움직임을 증가시키면서 그 결과로 열이 발생하게 됩니다.

무선충전기는 조금 다르게 충전기 코일의 변화하는 자기장이 스마트폰 코일에 전압을 만들어 전기에너지를 전달합니다. 즉, 전자레인지는 멀리 퍼지는 전자기파를 주로 이용한다면, 무선충전기는 가까운 거리의 자기장 결합을 주로 이용하는 겁니다.

전자기장은 공간을 통해 에너지를 운반할 수 있기 때문에 전선 이 없이도 열을 만들거나 배터리를 충전할 수 있는 것입니다.

Answer 4

안녕하세요.

무선충전은 코일간의 자기장을 이용해서 충전하는 방식입니다.

안테나 형태에 따라서 효율이 다를수 있지만 초근접거리에서 가능하죠

거리가 늘어나려면 안테나의 굵이가 굵어지거나 감긴선의 수 (=권선 =Turns) 가 많아야합니다.

선도 굵고 권선도 같이 늘어나면 좋지만 둘중 하나는 양보해야하는게 현실적이죠

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

전자기파는 전기장과 자기장이 서로 영향을 주며 공간을 통해 전파되는 에너지의 한형태로 전선이 없어도 에너지를 전달할 수 있습니다 송신 장치에서 전기 에너지를 전자기파로 변환하면 파동이 공간을 지나 수신 장치에 도달하고 수신 장치는 이를 다시 전기 에너지로 변환합니다 전자레인지는 마이크로파가 물 분자 등을 진동시켜 열을 방생시키고 무선 충전기는 코일 사이의 자기장 변화를 이용해 전력을 전달합니다 다만 무선 충전기는 일반적으로 전자기파가 멀리 퍼지는 방식보다는 가까운 거리의 자기장 유도와 공진을 활용합니다 그래서 전자기파나 변화하는 자기장을 이용하면 전선 없이도 공간을 사이에 두고 에너지를 전달할 수 있습니다

Answer 6

안녕하세요. 설효훈 전문가입니다. 이런 전자기파의 에너지가 전달되는 것은 결국 진동입니다. 전자기파는 기본적으로 진동 Hz가 있어서 진동을 하고 그 진동을 인식해서 디지털이나 다른 에너지로 변경하는거죠. 전자렌지도 마이크로파를 장사하고 음식안에 물 분자를 전자기파가 진동시키면서 에너지가 전달되는 것입니다.