통합과학 중2 전기와 자기

전기와 자기

전하·전류·전압·저항의 관계(옴의 법칙)와 전자기 유도의 원리를 탐구한다.

전하가 한 방향으로 흐르는 것이 전류이고, 전류를 밀어 주는 것이 전압, 흐름을 방해하는 것이 저항이며, 전류가 흐르면 그 둘레에 자기장이 생기고 반대로 자기장이 변하면 전류가 생깁니다.

전압은 물을 밀어 주는 펌프의 힘, 전류는 흐르는 물의 양, 저항은 파이프의 좁은 정도라고 생각하면 됩니다. 펌프가 세거나 파이프가 넓으면 물이 많이 흐릅니다.

쉽게 말하면

정전기와 전하에서 전하가 한곳에 머무르는 모습을 보았습니다. 이 전하가 도선을 따라 한 방향으로 계속 이동하면 전류가 됩니다. 전류를 계속 흐르게 하려면 전하를 밀어 줄 무언가가 필요한데, 그것이 전지가 만드는 전압입니다. 전압은 '흐르게 하는 원인'이고 전류는 '그 결과 흐른 양'이라는 구분이 이 단원 전체의 기준이 됩니다. 도선이나 전구는 전하의 이동을 방해하는데, 이 방해 정도가 저항입니다. 전압이 클수록 전류는 커지고, 저항이 클수록 전류는 작아집니다. 이 관계를 정확한 식으로 다루는 것이 전압·전류·저항(옴의 법칙)입니다.

전류가 흐르면 전기만 일어나는 것이 아닙니다. 도선 둘레에는 자기장이 생깁니다. 자석의 이용에서 본 자석의 성질이, 자석이 아닌 도선에서도 전류만 흐르면 나타나는 것입니다. 도선을 여러 번 감아 코일로 만들고 그 안에 철심을 넣으면 강한 전자석이 되고, 전류를 끊으면 자석의 성질도 사라집니다. 자석 사이에 놓인 도선에 전류를 흘리면 도선이 힘을 받아 움직이는데, 이 힘으로 도는 것이 전동기입니다.

거꾸로도 성립합니다. 코일 근처에서 자석을 움직이면 코일에 전류가 흐릅니다. 이것이 전자기 유도이고, 여기서 생긴 전류를 유도 전류라고 합니다. 중요한 것은 '움직여야' 한다는 점입니다. 자석을 코일 안에 넣어 둔 채 가만히 두면 전류는 흐르지 않습니다. 발전소는 이 원리로 전기를 만듭니다 — 물이나 증기의 힘으로 코일이나 자석을 돌려서, 운동 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

전자석 기중기

고철 처리장에서 쇳덩이를 들어 올릴 때 전자석을 씁니다. 전류를 흘리면 강한 자석이 되어 쇠를 붙이고, 옮긴 뒤 전류를 끊으면 자석의 성질이 사라져 쇠가 떨어집니다. 영구 자석으로는 이렇게 '켰다 껐다' 할 수 없습니다.
예시 2

자전거 발전기

바퀴가 돌면 그 힘으로 자석이 코일 옆에서 회전합니다. 코일을 지나는 자기장이 계속 변하므로 유도 전류가 흘러 전조등이 켜집니다. 자전거를 세우면 자석이 멈추고 불도 꺼집니다 — 자기장이 변하지 않으면 전류도 없습니다.
예시 3

교통 카드와 무선 충전

단말기가 만드는 변하는 자기장이 카드 안 코일에 유도 전류를 일으켜, 카드에 전지가 없어도 회로가 작동합니다. 전선으로 직접 잇지 않고도 에너지를 전달하는 것이 전자기 유도의 힘입니다.

전압·전류·저항 한눈에 비교

구분	무엇인가	단위	물에 비유하면
전압	전하를 밀어 주는 원인	볼트(V)	펌프가 만드는 물의 높이 차
전류	1초 동안 흘러간 전하의 양	암페어(A)	1초 동안 지나간 물의 양
저항	전하의 흐름을 방해하는 정도	옴(Ω)	파이프가 좁고 거친 정도

자주 하는 오해

전류와 전압을 같은 것으로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움전지의 전압이 크면 전류가 항상 크다 / 전류가 흐르면 그게 곧 전압이다

실제로는전압은 '밀어 주는 힘'이고 전류는 '실제로 흐른 양'입니다. 같은 전압이어도 저항이 크면 전류는 작습니다.

전압은 전지 하나만 있어도 존재합니다 — 회로를 연결하지 않아도 건전지의 두 극 사이에는 1.5 V의 전압이 있지만 전류는 0입니다. 전류가 흐르려면 전압이라는 원인과 함께 닫힌 회로가 필요합니다. 원인과 결과를 섞으면 회로 문제가 전부 꼬입니다.

자석을 코일 안에 넣어 두기만 해도 전류가 흐른다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움코일 속에 자석이 들어 있으니 자기장이 있고, 그러니 전류가 계속 흐른다

실제로는코일을 지나는 자기장이 '변할 때'만 유도 전류가 흐릅니다. 자석이 멈춰 있으면 전류는 0입니다.

전자기 유도의 원인은 자기장 자체가 아니라 자기장의 '변화'입니다. 그래서 자석을 넣을 때와 뺄 때 유도 전류의 방향이 서로 반대이고, 빠르게 움직일수록 전류가 커집니다. 만약 가만히 둬도 전류가 흐른다면 아무 에너지도 쓰지 않고 전기를 얻는 셈이 되어 에너지 보존에 어긋납니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

자석의 이용초4 전기의 이용초6 정전기와 전하중2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

전압·전류·저항(옴의 법칙)중2 전자기 유도 기초중3

같은 단원의 개념 — 전기와 자기

전압·전류·저항(옴의 법칙)중2 정전기와 전하중2

자주 묻는 질문

Q1전류의 방향과 전자가 움직이는 방향이 반대라던데 왜 그런가요?

전자가 발견되기 전에 (+)전하가 이동한다고 가정하고 전류의 방향을 (+)극에서 (−)극으로 정했기 때문입니다. 실제로 금속 도선에서 움직이는 것은 (−)전하인 전자라서 전자의 이동 방향은 그 반대입니다. 계산 결과는 어느 쪽으로 생각해도 같으므로, 약속대로 (+)극 → (−)극을 전류의 방향으로 씁니다.

Q2발전기와 전동기는 어떻게 다른가요?

정확히 반대입니다. 전동기는 전류를 흘려서 회전(운동)을 얻고, 발전기는 회전시켜서 전류를 얻습니다. 구조가 거의 같아서 전동기를 손으로 돌리면 실제로 전기가 만들어집니다.

Q3전기가 흐르면 왜 열이 나나요?

이동하는 전자가 도체 안의 원자들과 부딪히면서 에너지의 일부를 열로 내놓기 때문입니다. 저항이 클수록 이 충돌이 심해 열이 많이 나며, 전기난로와 전구의 필라멘트는 이 성질을 일부러 이용한 것입니다.

교육과정 2022 개정 · 중2 통합과학 · 전기와 자기 수록 기본 (교육과정 단원)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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관계를 감으로 알았다면 이제 숫자로 계산할 차례입니다. 전압·전류·저항(옴의 법칙)에서 직렬·병렬 회로를 직접 풀어 보세요.

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