8차시 · 코일이 받는 힘과 전동기

ㄱ 전기 자동차의 전동기는 자기장 속 코일이 받는 힘으로 회전한다.

ㄴ 폐차장 기중기는 코일로 만든 전자석이 고철을 끌어당기는 장치이다. 코일 자체가 받는 힘으로 회전하는 전동기와 구별한다.

ㄷ 엘리베이터의 전동기도 자기장 속 코일이 받는 힘으로 회전한다.

ㄹ 나침반은 영구 자석인 바늘이 방향을 가리킨다. 전류가 흐르는 코일이 받는 힘을 이용하는 예가 아니다.

① ㄱ은 전동기의 코일이 받는 힘을 이용한다. ㄴ은 전자석이 고철을 붙잡는 자기 작용을 이용하므로 이 문항에서 묻는 예와 다르다.

② ㄱ 전기 자동차와 ㄷ 엘리베이터는 자기장 속에서 전류가 흐르는 코일이 받는 힘으로 전동기를 돌린다.

③ ㄱ은 맞지만 ㄹ 나침반은 자석 바늘의 방향을 읽으며 전류가 흐르는 코일을 사용하는 장치가 아니다.

④ ㄷ은 맞지만 ㄴ 기중기는 전자석이 고철을 붙잡는 작용을 이용하는 예이다.

⑤ ㄴ은 고철을 끌어당기는 전자석, ㄹ은 자석 바늘이므로 전동기의 코일 힘을 이용하는 두 예가 아니다.

① 앞쪽 아래 전류이면 코일 오른쪽이 N극이다. 막대자석 N극과 같은 극끼리 마주 보므로 밀어낸다.

② 가까운 코일 끝은 S가 아니라 N이다. 또한 S와 N이었다면 밀어내지 않고 끌어당긴다.

③ 전류가 흐르는 코일도 자기장이 생겨 자석처럼 힘을 주고받는다.

④ 전류를 끊으면 코일이 만드는 자기장이 사라지므로 자석 성질이 그대로 남지 않는다.

⑤ 전류만 반대로 하면 코일의 극이 바뀌어 반발이 인력으로 바뀐다. 힘 방향이 같지 않다.

① 전류와 자기장 방향을 동시에 반대로 바꾸면 각각의 반전 효과가 상쇄되어 힘 방향은 처음과 같다.

② 전류를 끊으면 코일에 작용하던 자기력이 사라지고 제자리로 돌아온다. 같은 쪽으로 계속 움직인다는 설명은 틀리다.

③ 스위치를 닫아 코일에 전류가 흐르면 자석의 자기장 속에서 힘을 받아 움직인다.

④ 전지만 반대로 연결하면 전류 방향만 바뀌므로 힘 방향이 반대가 된다.

⑤ 자석의 극만 바꾸면 자기장 방향만 바뀌므로 힘 방향이 반대가 된다.

ㄱ 실험 1에서 전류만 반대로 한 실험 2는 힘이 반대로 된다. ㉠은 자석 쪽으로 끌려옴이다.

ㄴ 실험 1에서 자석의 극만 바꾼 실험 3도 힘이 반대로 된다. ㉡도 자석 쪽으로 끌려옴이다.

ㄷ 실험 4는 전류와 자석을 모두 바꾸어 다시 밀려나지만, 전류가 반대이므로 코일 끝의 극은 실험 1과 반대이다.

① ㄱ은 옳지만 자석만 뒤집은 실험 3에서도 끌려온다는 ㄴ을 빠뜨렸다.

② 실험 2는 전류만, 실험 3은 자석만 반대로 바꾸었으므로 둘 다 힘이 반대로 되어 끌려온다.

③ ㄱ은 옳다. ㄷ은 틀리다. 실험 1과 4는 전류 방향이 반대이므로 코일의 극도 반대다.

④ ㄴ은 옳지만 ㄷ은 틀리다. 같은 반발 결과가 나왔다고 코일의 극까지 같지는 않다.

⑤ ㄱ·ㄴ은 옳다. 실험 1은 N·N, 실험 4는 S·S로 반발하므로 ㄷ은 틀리다.

ㄱ 전압을 높여 전류를 세게 하면 힘의 크기가 커진다. 힘의 방향은 바뀌지 않는다.

ㄴ 자석의 극만 바꾸면 자기장 방향이 반대가 되어 힘의 방향도 반대가 된다.

ㄷ 전원 장치의 두 단자를 바꾸면 전류 방향이 반대가 되어 힘의 방향도 반대가 된다.

ㄹ 전류와 자석의 극을 모두 반대로 바꾸면 힘은 처음 방향이다. 두 조건 중 하나만 바꾸어야 한다.

① ㄴ은 방향을 바꾸는 방법이지만 ㄱ은 전류를 세게 하여 힘의 크기를 키우는 방법이다.

② ㄷ은 전류 방향을 반대로 하지만 ㄱ의 전압 증가만으로는 힘의 방향이 바뀌지 않는다.

③ ㄱ은 힘의 크기를 바꾸고 ㄹ은 두 방향을 함께 뒤집어 원래 힘 방향을 유지하므로 모두 해당하지 않는다.

④ 자석의 극만 바꾸는 ㄴ 또는 전류의 방향만 바꾸는 ㄷ은 각각 힘의 방향을 반대로 만든다.

⑤ ㄴ은 맞지만 ㄹ은 전류와 장을 모두 뒤집어 처음과 같은 인력을 만든다.

① 같은 방향의 전류를 세게 하면 코일이 받는 힘도 커진다. 크기가 변하지 않는다는 설명은 틀리다.

② 앞쪽 아래 전류에서 엄지는 오른쪽을 향한다. 코일은 왼쪽 S, 오른쪽 N이므로 두 극을 뒤집은 설명이다.

③ 코일 왼쪽 S와 고정 자석 N은 서로 다른 극이므로 코일이 왼쪽으로 끌려간다.

④ 전류를 끊으면 코일이 만드는 자기장이 사라진다. 전류가 없을 때도 같은 자기력이 유지된다는 설명은 틀리다.

⑤ 전류를 반대로 하면 코일 왼쪽이 N극으로 바뀌어 고정 자석 N극에게 밀려난다. 더 세게 끌려가는 것이 아니다.

ㄱ 스피커 안에는 자석과 전류가 흐르는 코일이 함께 들어 있다.

ㄴ 코일의 전류가 변하면 코일이 받는 힘도 변하여 진동판을 움직인다.

ㄷ 스피커의 진동판은 앞뒤로 떨린다. 한 방향으로 계속 회전시키는 장치는 전동기이다.

① ㄱ은 옳지만 전류가 변하면 코일이 받는 힘도 변한다는 ㄴ을 빠뜨렸다.

② 자석과 코일이 함께 있고(ㄱ), 코일 전류 변화로 힘이 바뀌어 진동판이 앞뒤로 진동한다(ㄴ).

③ ㄱ은 옳다. ㄷ은 틀리다. 스피커 진동판은 한 방향 회전이 아니라 앞뒤 왕복 진동을 한다.

④ ㄴ은 옳지만 ㄷ의 계속 회전하는 운동은 스피커 진동판의 운동이 아니다.

⑤ ㄱ·ㄴ은 옳다. 스피커와 전동기의 운동을 혼동한 ㄷ이 포함되어 틀리다.

① 자석이 약해지면 같은 전류에서 코일이 받는 힘은 작아진다.

② 전지 극만 바꾸면 전류가 반대로 되어 회전 방향이 바뀐다. 전류의 세기를 키우는 방법이 아니다.

③ 자석을 제거하면 이 전동기에서 코일을 돌리는 외부 자기장이 사라진다.

④ 전지를 하나 더 직렬로 연결하면 전류가 세지고 코일이 받는 힘이 커져 전동기가 더 빠르게 회전한다.

⑤ 전류가 약해지면 같은 자기장에서 코일이 받는 힘도 작아진다.

① 이 전동기는 자석이 만드는 자기장과 전류가 흐르는 코일로 이루어진다.

② 자기장 속에서 코일 두 변에 작용하는 힘이 회전을 일으킨다.

③ 전류가 세질수록 코일이 받는 힘이 커져 전동기가 더 빠르게 회전한다.

④ 전류만 반대로 하면 두 변의 힘이 반대가 되어 회전 방향도 반대가 된다.

⑤ 전류를 끊으면 코일의 자기 구동력이 사라진다. 잠깐의 관성 회전과 자석 성질 때문에 계속 구동되는 것을 혼동한 설명이다.

ㄱ 전동기는 자석의 자기장 속에서 전류가 흐르는 코일이 힘을 받아 회전한다.

ㄴ 배터리가 닳아 전류가 약해지면 코일이 받는 힘이 작아져 프로펠러가 느려진다.

ㄷ 이 전동기는 자석과 코일이 함께 있어야 돌리는 힘이 생긴다. 자석을 빼고 전류만 흘려 계속 돌릴 수 없다.

① ㄱ은 옳지만 같은 자기장에서 전류가 약해지면 코일의 힘이 작아진다는 ㄴ을 빠뜨렸다.

② 자석과 코일이 전동기에 함께 들어 있고(ㄱ), 주어진 비교 조건에서 전류가 약해지면 코일이 받는 힘도 작아진다(ㄴ).

③ ㄱ은 옳다. ㄷ은 틀리다. 자석을 빼면 코일을 돌리는 외부 자기장이 사라진다.

④ ㄴ은 옳지만 자석 없이도 계속 구동된다는 ㄷ은 틀리다.

⑤ ㄱ·ㄴ은 옳다. 관성에 의한 잠깐의 움직임을 자석 없이 계속 구동되는 것으로 볼 수 없어 ㄷ은 틀리다.

ㄱ 앞쪽 전류가 위로 흐르는 방향으로 손가락을 감으면 엄지가 왼쪽이다. (가) 쪽 끝은 N극이다.

ㄴ 코일 오른쪽 끝은 S극이다. 오른쪽 나침반 N극은 S극으로 들어가는 코일 쪽을 향한다.

ㄷ 전류를 끊으면 코일의 자석 성질이 사라진다. 지구 자기장을 무시한다는 조건도 코일의 극이 남는다는 뜻은 아니다.

① ㄱ은 옳지만 오른쪽 나침반 N극이 코일의 S극을 향한다는 ㄴ도 옳다.

② 왼쪽은 N극(ㄱ)이고 오른쪽은 S극이므로 (나)의 N극이 코일 쪽을 향한다(ㄴ).

③ ㄱ은 옳다. ㄷ은 틀리다. 전류를 끊으면 코일의 자석 성질이 사라진다.

④ ㄴ은 옳지만 ㄷ의 전류를 끊어도 자석 성질을 그대로 지닌다는 설명은 틀리다.

⑤ ㄱ·ㄴ은 옳다. 지구 자기장을 무시해도 전류가 없는 코일에 자기장이 그대로 남는 것은 아니므로 ㄷ은 틀리다.

① 전류는 보는 사람 쪽, 자기장은 오른쪽이다. 오른손 손바닥 규칙에 따라 힘은 위쪽이다.

② 아래쪽은 현재 힘의 반대다. 전류나 자기장 가운데 하나를 반대로 했을 때의 방향이다.

③ 왼쪽 N극 방향은 자기장과 평행한 축이다. 이 도선의 힘은 전류와 자기장 모두에 수직인 위쪽이다.

④ 오른쪽 S극 방향은 자기장 방향이다. 전류가 받는 힘 방향과 자기장 방향은 다르다.

⑤ 전류와 자기장이 서로 수직이므로 도선은 자기력을 받는다.

ㄱ A의 전류는 보는 사람 쪽이고 자기장은 오른쪽이다. 오른손 손바닥 규칙으로 A의 힘은 위쪽이다.

ㄴ B의 전류는 A와 반대이므로 힘도 반대인 아래쪽이다. 두 변의 반대 힘이 코일을 돌린다.

ㄷ 전류와 자기장 방향을 동시에 바꾸면 두 변의 힘은 원래 방향이다. 회전 방향도 그대로이다.

① ㄱ은 옳지만 B의 전류가 반대라서 A와 B의 힘도 반대라는 ㄴ을 빠뜨렸다.

② ㄷ은 틀리다. 전류와 자기장을 모두 뒤집으면 힘의 방향은 그대로다.

③ A는 위로 힘을 받고(ㄱ), B는 반대 전류이므로 아래로 힘을 받아 두 힘의 방향이 반대이다(ㄴ).

④ ㄴ은 옳지만 둘 다 바꾸면 회전 방향도 반대라는 ㄷ은 틀리다.

⑤ ㄱ·ㄴ은 옳다. 전류와 자기장을 함께 바꾸면 두 변의 힘이 원래 방향을 유지하므로 ㄷ은 틀리다.

극과 힘 오른손 규칙에 따라 왼쪽 S극이며, 고정 자석 N극과 다른 극이 마주 보므로 코일은 왼쪽으로 끌려간다.

전류에서 한 방법 전류 방향만 반대로 하면 코일의 두 극이 바뀌어 N극끼리 마주 보므로 오른쪽으로 밀린다.

자석에서 한 방법 자석을 돌려 S극이 코일을 마주 보게 하면 S극끼리 마주 보므로 오른쪽으로 밀린다.

서술 점검 전류 방향만 반대로 하거나 자석의 극만 바꾸는 두 방법을 각각 쓴다. 전압만 높이는 방법은 방향을 바꾸지 못한다.

전류 변화 같은 자석에서 전류를 세게 하면 코일이 받는 자기력이 커진다.

자석 변화 같은 전류에서 더 센 자석을 사용하면 코일이 받는 자기력이 커진다.

공통된 까닭 두 방법은 코일이 받는 자기력을 크게 하여 코일을 더 빠르게 회전시킨다.

서술 점검 전지의 극을 바꾸면 회전 방향이 바뀐다. 빠르게 하려면 전류를 세게 하거나 더 센 자석을 쓰고, 자기력이 커진다는 까닭을 쓴다.