렌츠 법칙
쉽게 말하면
전자기 유도로 전류가 생긴다는 것은 알았지만, 그 전류가 시계 방향인지 반시계 방향인지는 아직 정해지지 않았습니다. 렌츠 법칙이 그 방향을 정합니다.
규칙은 한 줄입니다. 유도 전류는 자기 선속의 변화를 방해하는 쪽으로 흐릅니다. 코일을 지나는 선속이 늘고 있다면, 유도 전류는 그 늘어나는 자기장을 상쇄하는 방향의 자기장을 만듭니다. 선속이 줄고 있다면, 사라지려는 자기장을 붙잡는 방향의 자기장을 만듭니다.
왜 하필 '방해'일까요? 반대라고 가정해 보면 답이 나옵니다. 만약 유도 전류가 변화를 '도와주는' 쪽으로 흐른다면, 자석을 코일에 살짝 밀어 넣는 순간 코일이 자석을 더 세게 끌어당기고, 그러면 선속이 더 빨리 늘고, 전류가 더 커지고… 아무 에너지도 넣지 않았는데 전류가 무한히 커집니다. 에너지 보존 법칙이 무너집니다. 그래서 자연은 반드시 '방해하는' 쪽을 고릅니다.
이 방해가 실제로 '힘'으로 나타난다는 점이 중요합니다. 코일에 자석을 밀어 넣으려 하면 밀어내는 힘이, 빼내려 하면 붙잡는 힘이 느껴집니다. 발전기를 돌릴 때 무겁게 느껴지는 것도 이 힘 때문이고, 우리가 그 힘을 이기며 한 일이 곧 전기 에너지가 됩니다. 렌츠 법칙은 결국 에너지 보존 법칙을 전자기 언어로 번역한 것입니다.
패러데이 법칙 식 의 음(−)부호가 바로 이 렌츠 법칙입니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1코일에 N극을 밀어 넣을 때코일을 지나는 아래 방향 선속이 늘어납니다. 유도 전류는 이를 방해하려고 위 방향 자기장을 만드는 쪽으로 흐르고, 그 결과 코일의 자석 쪽 면이 N극이 되어 다가오는 자석을 밀어냅니다. 자석을 밀어 넣기가 뻑뻑하게 느껴지는 이유입니다.
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예시 2같은 자석을 코일에서 빼낼 때이번에는 선속이 줄어듭니다. 유도 전류는 사라지려는 자기장을 붙들려고 반대 방향으로 흐르고, 코일의 자석 쪽 면이 S극이 되어 멀어지는 자석을 끌어당깁니다. 빼낼 때도 힘이 듭니다 — 어느 쪽으로 움직이든 자석은 방해받습니다.
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예시 3구리관 속으로 자석 떨어뜨리기구리관에 강한 자석을 떨어뜨리면 눈에 띄게 천천히 내려옵니다. 자석이 지나가는 구간마다 관 벽에 맴돌이 전류가 유도되고, 그 전류가 자석의 운동을 방해하는 힘을 만들기 때문입니다. 구리는 자석에 붙지 않는 금속인데도 이런 일이 벌어집니다.
순서대로 하면
- 1지금 코일을 지나는 자기 선속의 방향을 정합니다(예: 아래쪽).
- 2그 선속이 늘고 있는지 줄고 있는지 판단합니다. 이 판단이 전부입니다.
- 3늘고 있으면 유도 전류가 만들 자기장은 그 반대 방향, 줄고 있으면 같은 방향입니다.
- 4오른손 법칙으로, 그 자기장을 만들려면 전류가 어느 쪽으로 돌아야 하는지 찾습니다(엄지를 원하는 자기장 방향으로 세우면 감는 네 손가락이 전류 방향).
- 5'자석을 방해하는 힘이 나오는가'로 검산합니다. 다가오면 밀어내고 멀어지면 당겨야 맞습니다.
자주 하는 오해
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
같은 단원의 개념 — 전기와 자기
자주 묻는 질문
Q1렌츠 법칙이 없으면 정말 에너지가 공짜로 생기나요?
Q2전구를 끼운 발전기와 안 끼운 발전기, 돌리는 힘이 다른가요?
Q3맴돌이 전류(와전류)도 렌츠 법칙을 따르나요?
방향을 잡았다면 크기를 계산할 차례입니다. 패러데이 법칙에서 유도 기전력이 정확히 얼마인지 구해 보세요.
전체 연결 구조가 궁금하다면
초3~고3 과학 646개 개념의 연결을 한 화면에서 탐색할 수 있습니다.
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