전동기가 있으면
언덕길이 수월한 까닭은?
같은 언덕길인데, 전기 자전거를 탄 사람은 페달이 가볍습니다. 바퀴를 돌려 주는 전동기가 있기 때문이죠. 전동기 안에는 전류가 흐르는 코일과 자석이 들어 있습니다. 이 둘이 만나면 무슨 일이 벌어질까요?
🧲 이미 알고 있는 것 꺼내 보기
오늘 수업의 재료들입니다. 이미 알고 있거나 배운 것을 눌러 보세요.
위의 세 가지가 합쳐지면 오늘의 주인공, 전동기가 됩니다.
🔎 지난 시간 복습
지난 시간에 확인했죠 — 전류가 흐르는 코일은 자석이 됩니다(전자석). 그렇다면 이 코일을 진짜 자석 옆에 가져다 놓으면 어떻게 될까요? 자석 두 개를 마주 놓은 것과 같은 일이 벌어질까요?
답이 뻔해 보인다면, 좋은 신호입니다. 2단계에서 예상을 걸고 실험으로 확인해 봅시다.
🧪 간단한 전동기 만들기
부품 세 개로 만드는 진짜 모터실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
1호모폴라 모터
교실에서 직접
- 건전지의 (−)극에 네오디뮴 자석을 붙입니다.
- 구리선을 하트 모양으로 구부립니다 — 위쪽 가운데가 오목하고, 양 끝이 아래로 벌어지게.
- 오목한 부분을 건전지 (+)극 꼭지에 살짝 얹습니다. 양 끝은 자석 옆면에 살짝 닿게 하세요.
- 자석을 뒤집어 붙이고 다시 해 봅니다.
👀 여기를 보세요 — 구리선이 혼자서 빙글빙글 돕니다. 자석을 뒤집으면 반대 방향으로 돌아요.
왜 그럴까?
자기장 속에서 전류가 흐르는 도선은 힘을 받습니다. 그 힘의 방향이 전류에도 자기장에도 수직이라, 구리선을 옆으로 밀어내는 방향이 되어 돌게 되는 거예요.
자석을 뒤집으면 자기장 방향이 반대 → 힘의 방향도 반대 → 반대로 돕니다. 오늘 배운 규칙이 그대로 눈앞에서 돌아가는 셈이죠.
💡잘 안 돌면 구리선 양 끝이 자석에 너무 세게 눌렸거나 안 닿은 겁니다. 살짝 스치는 정도가 딱 좋아요.
⚠️이 상태는 사실상 합선이라 건전지와 자석이 뜨거워집니다. 20~30초만 돌리고 바로 분리하세요.
네오디뮴 자석은 손가락이 끼면 크게 다치고, 삼키면 매우 위험합니다. 수업 전후로 개수를 세어 회수하세요.
이번 시간이 끝나면 이걸 할 수 있다
전류의 방향·세기, 자석의 극을 바꿔 가면서.
드론의 날개부터 스피커의 진동판까지.
자석 앞에서 코일에 전류를 흘려 봅시다
「탐구」입니다. 그네처럼 매달린 코일 앞에 네오디뮴 자석을 두고, 자석의 극과 코일에 흐르는 전류의 방향·세기를 바꿔 가며 코일의 움직임을 관찰합니다. 단, 관찰하기 전에 예상부터 합니다.
🔮 먼저 예상해 봅시다
자석의 N극이 코일을 마주 보고 있습니다. 코일에 전류를 흘렸더니 코일이 자석과 마주 보는 쪽도 N극이 되었어요. — 이 순간, 코일은 어떻게 될까요?
- 네오디뮴 자석을 스탠드에 고정하여 코일과 마주 보게 한다.
- 그네형 코일 장치를 전원 장치에 연결한 뒤 스위치를 눌러 코일의 움직임을 관찰한다.
- 자석을 반대로 뒤집어 붙여 자기장의 방향을 반대로 바꾸고, 코일의 움직임을 관찰한다.
- 코일에 흐르는 전류의 방향을 반대로 바꾸고, 코일의 움직임을 관찰한다.
- 코일에 흐르는 전류의 세기를 더 세게 하고, 코일의 움직임을 관찰한다.
보면서 챙길 것 — ① 스위치를 누르는 순간 코일이 어느 쪽으로 움직이나요? ② 자석의 극이나 전류의 방향을 바꾸면 움직임이 어떻게 달라지는지 눈여겨보세요. 실험대에서 우리가 그대로 해 볼 순서입니다.
⚙️ 자기장에서 전류가 받는 힘 가상 실험
스위치를 닫고, 자석의 극과 전류의 방향·세기를 바꿔 가며 코일의 움직임을 관찰하세요. 관찰한 조합은 📌 기록을 눌러 표에 쌓입니다. 네 가지 조합(자석 극 2가지 × 전류 방향 2가지)을 모두 모아 보세요 — 아까의 예상이 판정됩니다.
📋 관찰 기록표
| 자석의 극(코일 쪽) | 전류의 방향 | 전류의 세기 | 코일의 극(자석 쪽) | 힘의 방향(코일의 움직임) | 힘의 크기 | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 아직 기록이 없어요 — 스위치를 닫고 코일의 움직임을 본 뒤 📌 기록을 눌러 보세요 | ||||||
🎛️ 조작판
바꿀 수 있는 것은 세 가지입니다.
코일의 극은 전류의 방향이 정하고(지난 시간의 규칙), 힘의 방향은 마주 보는 두 극이, 힘의 크기는 전류의 세기가 정합니다.
📌이 가상 실험은 코일이 밀리고 당겨지는 방향과 정도만 보여 주는 모형입니다. 실제 그네형 코일은 흔들리다가 멈추고, 자석과의 거리에 따라서도 움직임이 달라져요. 진짜 실험을 꼭 해 보세요. 이 화면은 예습·복습용입니다.
🧭 코일의 극 3D로 확인하기
위 실험에서 코일에 전류를 흘리자 코일에 극이 생겼습니다. 그 극이 어떻게 정해지는지, 전류 방향을 뒤집으면 왜 극도 뒤집히는지 — 아래에서 직접 돌려 보세요. 「코일(전자석)의 자기장」 모드를 고르면 됩니다.
📌화면이 작으면 새 창에서 크게 열기 ↗를 쓰세요.
🧾 관찰 결과 정리
기록표를 위에서 아래로 훑으며 다음 세 가지를 문장으로 정리해 보세요.
② 자석의 극과 전류의 방향을 둘 다 반대로 바꾸면 마주 보는 두 극의 관계가 처음과 같아지므로 힘의 방향은 원래대로 돌아온다(두 번 뒤집기는 안 뒤집은 것과 같다).
③ 코일에 흐르는 전류의 세기가 세지면 코일이 자석으로부터 받는 힘의 크기도 커진다.
밀고 당기는 이 힘으로 무엇을 만들 수 있을까요? 3단계에서 빙글빙글 돌려 봅니다.
전동기와 스피커
실험에서 캐낸 두 문장이 오늘의 부품입니다. 힘의 방향은 극이 정하고, 힘의 크기는 전류의 세기가 정한다. 이 부품으로 인류는 도는 기계와 떨리는 기계를 만들었어요.
🧲 코일과 자석 사이의 힘 (그림 7-18)
전류가 흐르는 코일은 자석처럼 극이 생기므로, 자석과 코일 사이의 힘도 자석 두 개 사이의 힘과 같은 규칙을 따릅니다.
전류가 흐르는 코일에는 자석처럼 과 이 생긴다.
코일의 어느 쪽이 N극이 되는지는 코일에 흐르는 이 정한다.
자석의 극과 전류의 방향 중 하나만 뒤집으면 코일이 받는 힘의 방향은 가 된다.
자석의 극과 전류의 방향을 뒤집으면 힘의 방향은 돌아온다.
전류의 세기가 셀수록 코일 주위의 이 세져서 코일이 받는 힘의 크기도 커진다.
같은 극끼리 밀고 다른 극끼리 당기는 이 규칙은, 7-1에서 배운 의 규칙과 같은 꼴이다.
2단계 기록표의 네 줄이 그대로 이 여섯 문장입니다. 표를 다시 한 번 떠올려 보세요.
✋ 손바닥 규칙
코일이 아니라 도선 한 가닥이어도 자석 사이에서 전류가 흐르면 힘을 받습니다 — 말굽자석 사이에 알루미늄 포일을 걸고 전류를 흘리면 포일이 휘어져요. 그 힘의 방향은 오른손으로 찾습니다. 오른손을 펴서 엄지손가락을 전류의 방향, 네 손가락을 자기장의 방향(N극 → S극)으로 향하게 하면, 손바닥이 향하는 쪽이 힘의 방향이에요.
지금 오른손을 펴서 그림처럼 따라 해 보세요. 전류를 반대로 하면 엄지가, 자석의 극을 바꾸면 네 손가락이 반대가 되어 손바닥도 반대쪽을 향합니다. 둘 다 바꾸면 손바닥은 제자리 — 2단계 기록표의 규칙 그대로예요.
🚁 전동기
드론의 날개를 돌리는 것이 전동기입니다. 전동기는 자기장 안에서 전류가 흐르는 코일이 받는 힘을 이용하는 대표적인 예로, 자석과 코일로 구성되어 있어요. 코일에 전류가 흐르면 코일에 자기장이 생겨 자석처럼 N극과 S극이 생기고 — 자석과 같은 극끼리는 밀어 내고 다른 극끼리는 끌어당기며 코일이 회전합니다.
손바닥 규칙으로 확인해 볼까요? 코일의 두 변은 전류의 방향이 서로 반대라서, 한 변은 위로 다른 변은 아래로 힘을 받습니다. 극으로 본 설명(같은 극 밀고 · 다른 극 당김)과 결과가 똑같아요.
영어 영상이지만 화면만 봐도 충분해요 — 드론 전동기 공장의 제조 과정입니다. 재료는 딱 두 가지, 네오디뮴 자석과 순도 99.99%의 구리선. 기계가 구리선을 정밀하게 감아 코일 뭉치(고정자)를 만들고, 도는 부분(회전자)에는 자석을 빈틈없이 고르게 붙입니다. 오늘 배운 "전동기 = 자석 + 전류가 흐르는 코일"이 실제 공장에서 그대로 만들어지는 모습이에요. 추천 구간: 1:47 ~ 4:13 (재생하면 1:47부터 시작됩니다).
🚁 전동기 돌리기
전류의 세기를 바꿔 보세요. 회전이 어떻게 달라지나요? 이 그림은 코일을 회전축 방향에서 본 모습이에요. 파란 화살표는 자석이 만드는 자기장(N→S), 코일 양 끝의 ⊙ · ⊗는 전류(⊙ 나오는 쪽 · ⊗ 들어가는 쪽), 초록 화살표는 두 변이 받는 힘입니다 — 손바닥 규칙대로 왼쪽 변은 위로, 오른쪽 변은 아래로 힘을 받아 코일이 돌아요. 코일 면의 빨간 줄은 N극 쪽, 파란 줄은 S극 쪽이에요.
🎛️ 조작판
전류를 세게 → 코일이 받는 힘이 커짐 → 회전이 빨라짐. 두 읽기값이 항상 나란히 움직이는지 확인해 보세요. 0으로 줄이면? 힘이 사라져 멈춰요.
📌코일이 반 바퀴 돌 때마다 전류의 방향이 주기적으로 바뀌어야 계속 같은 방향으로 돕니다. 이 모형에서는 그 부분이 저절로 되는 것으로 그렸어요. 전류 방향을 때맞춰 바꿔 주는 장치의 자세한 구조는 고등학교에서 배웁니다.
🧲 원통에 도선을 여러 번 감은 전동기
위에서 본 사각 코일은 원리를 보기 쉽게 줄인 모형이에요. 실제 전동기는 원통에 도선을 여러 번 감은 전자석, 그리고 전류의 방향을 바꿔 주는 정류자 등으로 이루어져 있습니다. 전류가 흐르면 원통 전체가 하나의 자석이 되어, 바깥의 자석과 밀고 당기며 돌아요.
회전축이 돌면 축에 붙은 정류자도 함께 돌고, 고정된 브러시가 정류자에 닿아 전류를 넣어 줘요. 정류자는 갈라진 두 조각이라서, 반 바퀴마다 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀝니다.
🔄 한 바퀴 따라가 보기 — 회전축 방향에서 본 모습
아래 번호를 차례로 눌러 보세요. 빨간 쪽이 전자석의 N극, 파란 쪽이 S극, 초록 화살표는 전자석의 두 극이 받는 힘, 감은 도선 위 빨간 화살촉은 앞쪽 도선의 전류 방향이에요. (바깥 자석은 왼쪽 N · 오른쪽 S로 고정)
📌이 그림은 바깥 자석의 자기장이 고르다고 보고 전자석의 두 극이 받는 힘만 그린 모형이에요. 실제 전동기는 전자석과 정류자 조각이 더 많아 더 부드럽게 돌지만, 「극을 바꿔 가며 밀고 당긴다」는 원리는 같습니다.
🔊 스피커
스피커 안에는 고정된 자석과 진동판에 연결된 코일이 있습니다. 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌면 코일이 받는 힘의 방향이 바뀌고, 코일에 연결된 진동판이 진동하여 소리가 발생해요. 전동기가 힘으로 '돌린다'면, 스피커는 힘으로 '떨리게' 합니다.
🔊 스피커 울리기
전류의 방향을 교대로 바꿔 보세요. 진동판이 어떻게 되나요?
🎛️ 조작판
전류의 방향이 바뀔 때마다 힘의 방향이 바뀝니다. 힘의 방향이 왔다 갔다 하니, 진동판도 왔다 갔다 — 그것이 진동이고, 진동이 소리를 만듭니다.
자석의 자기장 안에 놓인 코일에 전류가 흐르면 코일과 자석이 상호작용 하여 코일이 을 받는다.
자석과 코일의 같은 극끼리 마주 볼 때에는 서로 힘이, 다른 극끼리 마주 볼 때에는 서로 힘이 작용한다.
코일에 흐르는 전류의 이 바뀌면 코일이 받는 힘의 방향도 바뀌고, 전류의 세기가 셀수록 힘의 크기는 .
전동기 속 코일은 자석과 밀고 당기는 힘을 주고받으며 하고, 전류의 방향이 바뀌면서 계속 회전한다.
스피커는 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌어 힘의 방향이 바뀌면, 코일에 연결된 이 하여 소리가 발생한다.
전동기는 과 로 이루어져 있다.
전동기를 더 빨리 회전하게 하려면 코일에 흐르는 를 세게 하면 된다.
스피커 안에는 과 진동판에 연결된 코일이 들어 있다.
진동판의 진동이 를 흔들어 소리가 만들어진다 — 소리는 진동의 이지 원인이 아니다.
세탁기·드론·엘리베이터처럼 빙글빙글 도는 기구 속에는 가 들어 있다.
빈칸을 그냥 눌러 답만 보면 남지 않아요. 소리 내어 답해 보고 누르세요.
🧪 폐스피커 해부
스피커 안에 전동기와 같은 것이 들어 있습니다실험 이름을 누르면 준비물과 방법이 펼쳐집니다.
2폐스피커 해부
교실에서 직접
- 뒷판을 열고 안을 들여다봅니다 — 영구자석, 그 둘레에 감긴 코일, 코일이 붙은 종이 진동판을 찾으세요.
- 자석이 움직이는지, 코일이 움직이는지 손으로 살짝 밀어 확인합니다.
- 전선 두 가닥에 건전지를 1초만 물렸다 뗍니다.
- 건전지의 극을 바꿔 다시 1초만 물려 봅니다.
👀 여기를 보세요 — 진동판이 톡 하고 움직입니다. 극을 바꾸면 반대 방향으로 움직여요.
왜 그럴까?
다른 점은 딱 하나, 돌지 않고 앞뒤로 떨린다는 것뿐입니다. 전류의 방향이 1초에 수백 번 바뀌면 진동판도 그만큼 떨리고, 그 떨림이 공기를 흔들어 소리가 됩니다.
여러분 이어폰 속에도 지금 이것과 똑같은 게 들어 있어요.
⚠️건전지 연결은 1초를 넘기지 마세요. 오래 대면 코일이 타서 스피커가 완전히 망가집니다.
🔬 가상실험실에서 더 해 보기
직접 조작해 보면 훨씬 잘 보입니다. 새 창에서 열려요.
🧪 전자기력 · 전기 그네 (자바실험실) 자석 사이에 매달린 도선에 전류를 흘려 보세요. 전류의 방향과 자석의 극을 바꾸면 그네가 어느 쪽으로 움직이는지 — 2단계 자기장에서 전류가 받는 힘 실험와 같은 상황입니다 🚁 직류 전동기 (자바실험실) 코일이 반 바퀴 돌 때마다 전류의 방향이 바뀌는 모습을 느리게 돌려 보세요. 왜 계속 같은 방향으로 도는지 눈으로 확인할 수 있어요 🔊 마이크와 스피커 (자바실험실) 전류가 바뀔 때 코일과 진동판이 어떻게 떨리는지 관찰해 보세요. 스피커의 반대가 마이크라는 것도 함께 볼 수 있습니다✍️ 내 말로 정리
생활 속의 전동기
물체를 움직이거나 회전시키는 전기 기구의 속을 열어 보면 거의 어김없이 자석과 코일이 나옵니다(「해 보기」). 도는 것은 전동기, 떨리는 것은 스피커 방식 — 오늘 배운 힘이 곳곳에서 일하고 있어요.
🔍 코일이 받는 힘을 활용한 예 찾기
각 기구에서 코일이 받는 힘이 무엇을 하는지 살펴보세요. 공통점은 하나 — 자기장 안의 코일에 전류를 흘려 힘을 얻는다는 것.
세탁조가 빙글빙글
귓속의 작은 장치
날개 네 개가 돈다
위에서 줄을 감아올린다
얇은 판이 떨린다
엔진 대신 이것이 바퀴를
"전동기를 더 빨리 회전하게 하려면 어떻게 해야 할까?" — 단원 도입에서 만난 질문이죠. 드라이어의 바람도, 공기 청정기의 바람도 전동기가 빨리 돌수록 세집니다.
두 단서를 이으면 답이 됩니다. 아래에 내 문장으로 써 보세요.
🧩 블록 질문에 답하기 세 번째 블록 찾기
전동기를 더 빨리 회전하게 하려면 어떻게 해야 할까?
위의 단서 ①과 ②를 이어서, 까닭까지 담아 설명해 보세요.
덧붙이면(사고력) — 더 센 자석을 이용하여 코일과 자석 사이에 더 큰 힘이 작용하게 하는 방법도 있다.
👀 전류를 넣어 코일을 돌린 오늘과 정반대입니다. 무엇이 원인이고 무엇이 결과일까?
영상이 안 보이면 인터넷 연결을 확인하세요 · 유튜브에서 바로 보기 →
🤔 생각해 보기 사고력
교과서에 없는 새로운 상황입니다. 먼저 자기 문장으로 공책에 써 본 뒤, 모범 답안을 여세요.
Q1. 휴대전화의 진동은 아주 작은 전동기가, 벨소리는 스피커가 만듭니다. 두 장치가 움직임을 만드는 공통 원리를 한 문장으로 쓰고, 그 힘을 어떻게 다르게 쓰는지 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
Q2. 선풍기의 날개를 반대 방향으로 돌게 만들고 싶습니다. 전동기의 원리에서 무엇을 바꾸면 되는지 두 가지 방법을 쓰고, 만약 두 가지를 동시에 바꾸면 어떻게 되는지도 설명해 보세요.
✍️ 모범 답안 보기
배운 것을 확인해 봅시다
점수에 들어가지 않습니다. 어디가 헷갈리는지 찾는 게 목적이에요.
준비됐나요? 15문항입니다 — 「전류의 자기 작용 중단원 확인 문제」 학습지 17~31번과 같은 문항이에요.
수업 시간에는 필수부터 — 필수·심화는 하트가 닳지 않아요. 도전 모드는 전체 문항을 하트 3개로 달립니다.
오늘 배운 개념, 빈칸으로 확인
학습지에 적은 순서 그대로입니다. 빈칸을 눌러서 답을 확인하거나, 🎤 음성으로 답하기를 켜고 소리 내어 말하면 저절로 채워집니다.
마이크는 크롬·엣지에서만 되고 인터넷이 필요합니다. 안 되는 환경이면 빈칸 클릭만으로도 수업이 굴러갑니다.
📌말하기가 어려운 학생에게 억지로 시키지 마세요. 입력칸과 클릭이 언제나 대안입니다.
전동기가 계속 도는 까닭
여기서부터는 교과서 밖 이야기입니다. 시험에 나오지 않아요. 외우지 말고 그냥 읽어 보세요.
🌀 정류자의 역할 시험 X
코일이 수직이 되는 순간, 두 변이 받는 힘은 코일을 위아래로 당길 뿐 돌리지 못합니다. 관성으로 그 자리를 지나도
전류가 그대로면 힘도 그대로라서, 코일은 되밀려 왔다 갔다 하다가 멈춰 버려요.
그래서 코일이 도는 전동기 속에는 반 바퀴마다 전류의 방향을 바꿔 주는 부품이
들어 있습니다(정류자와 브러시라고 불러요). 덕분에 왼쪽에 온 변은 늘 위로, 오른쪽에 온 변은 늘 아래로 힘을 받아
한 방향의 회전이 이어집니다. 자세한 구조는 고등학교에서 만납니다.
🚁 자석이 도는 전동기 시험 X
전동기 중에는 코일이 고정되어 있고 자석이 돌아가는 종류도 있습니다.
코일이 돌지 않으니, 도는 코일에 전류를 넣어 주던 정류자와 브러시가 필요 없어요.
그렇다고 전류의 방향을 바꾸지 않는 것은 아니에요 — 자석이 돌아가는 때에 맞춰 전자 회로가 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꿔 줍니다.
닳는 부품(브러시)이 없어서 오래갑니다.
완구용·교육용 드론에는 주로 코일이 도는 형태가,
실용 드론에는 자석이 도는 형태가 쓰여요. 어느 쪽이든 원리는 오늘 배운 그대로 —
자기장 안의 코일에 전류가 흘러 힘을 주고받는 것입니다.
💨 드라이어 속 들여다보기 시험 X
이 단원의 표지 사진이 드라이어였죠. 드라이어 속 전동기가 회전하면
전동기에 연결된 날개가 돌며 주변 공기를 빨아들여 앞으로 뿜어냅니다.
공기 청정기의 팬도 같은 방식이에요.
바람을 더 세게 하고 싶다면? 이제 답할 수 있습니다 —
전동기를 더 빨리 돌리면 되고, 그 방법은 전류를 더 세게 하는 것.
🎬 처음 질문 다시 보기
"전동기가 있으면 언덕길을 수월하게 올라갈 수 있는 까닭은 무엇일까?"
이제 답할 수 있습니다 — 전동기가 바퀴에 힘을 작용하여 바퀴를 회전시키기 때문입니다.
그리고 그 전동기가 도는 까닭은, 자기장 안의 코일에 전류가 흐르면
자석과 코일이 밀고 당기는 힘을 주고받기 때문이고요.
전류가 만드는 자기장(지난 시간), 자기장이 전류에 주는 힘(오늘) —
이 둘이 전류의 자기 작용이라는 한 단원의 두 기둥입니다.