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ㆍ 코일과 철심(Core)를 조합하여 변압기를 구성한 후 교류전압을 걸어주어 변압기의 성질과 원리를 이해할 수 있다.
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1) 패러데이 전자기 유도 법칙
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설명
ㆍ 감은 수가 다른 4 종류의 코일로 구성되어 있어 다양한 변압기 구성이 가능하다.
ㆍ 패러데이 전자기 유도 법칙을 확인할 수 있다.
ㆍ 변압기에서의 Core의 역할, 전압과 전류 변환 및 전력 전달을 확인할 수 있다.
구성품
1. 변압기의 원리[디지털 멀티미터] (K5.4.50-DM)
2. 변압기의 원리 (K5.4.50)
3. 변압기의 원리[무선] (K5.4.50-G)
실험 이론
1) 패러데이 전자기 유도 법칙
패러데이 전자기 유도 법칙이란 자기선속(Φ)의 변화가 기전력(ε)을 발생시킨다는 법칙이다. 이때, 자기선속(Φ)이란 자기장(B)이 가상의 곡선(S)에 작용하는 총 자기력을 나타내는 물리량이다.
또한 기전력은 패러데이 전자기 유도 법칙에 따라 다음과 같이 정의할 수 있다. 기전력 우변에 ‘-‘가 붙는 이유는 렌츠의 법칙에 따라 기전력은 폐회로를 통과하는 자기선속의 변화를 방해 하는 방향으로 발생하기 때문이다.
2) 코일의 기전력: 유도기전력(V)
코일에서 발생하는 기전력은 보통 유도기전력이라고 부른다. 전자기 유도 법칙에 의해 전압(기전력)이 발생하는 경우 유도기전력이라고 부른다. N번 감은 코일에서의 유도기전력(V)은 다음과 같이 정의할 수 있다.
3) 변압기의 원리
일반적으로 변압기를 구성할 때 U/I Core(철심)을 기준으로 말할 수 있다. 이때 좌우로 코일을 놓는데 이 코일을 1차, 2차 코일이라고 가정한다. 1차 코일과 2차 코일은 같은 U/I Core에 장착되기 때문에 두 코일의 자기선속의 변화(∆Φ_B)는 동일하다고 볼 수 있다.
시간 변화에 따른 자기선속의 변화가 동일한 것을 바탕으로 두 식을 정리하면 다음과 같다.
전력(P)이란 단위시간당 전류가 할 수 있는 일의 양을 말한다. 일반적인 전력 공식은 다음과 같으며 이를 1차 코일, 2차 코일에 적용할 수 있다.
만약 실험에서 구성한 변압기가 전력 손실이 전혀 없는 이상적인 변압기라고 가정한다면 에너지 보존 법칙에 따라 1차 코일의 전력(P_1)과 2차 코일의 전력(P_2)은 동일하다고 볼 수 있다.
전력에 관한 식에 2차 코일의 유도기전력(V_2)을 대입하면 2차 코일의 전류(I_2)에 대한 식을 얻을 수 있다.
변압기의 원리 실험을 통해 다양한 코일을 사용하여 변압기를 구성면서 패러데이의 전자기 유도 법칙과 변압기의 원리를 이해할 수 있다.
실험 그래프