패러데이의 유도법칙

요약 유도기전력의 크기는 코일을 관통하는 자속(자기력선속)의 시간적 변화율과 코일의 감은 횟수에 비례한다는 전자기유도법칙이다. 기전력의 방향을 정하는 렌츠의 법칙과 함께 전자기유도가 일어나는 방식을 나타낸다.

전자기유도에 의해 회로 내에 유발되는 의 크기는 코일 속을 지나는 자속의 시간적 변화율과 코일의 감은 횟수에 비례한다. 1831년 패러데이(Michael Faraday)가 이 법칙을 발견함으로써 전자기유도는 도체가 자속선을 끊을 때 일어나는 현상임이 밝혀졌다.

1820년 외르스테드(Oersted)가 전류 주위에 자기장이 발생한다는 사실을 발견한 후 과학자들은 자기장에 의한 전류를 발생시킬 수 있을 것이라고 생각하게 되었다. 패러데이 역시 이런 생각을 하였고, 처음으로 코일과 자석을 움직여 회로에 전류가 흐르게 하였다. 패러데이는 코일과 자석 둘 중 하나를 고정시키고 나머지 한 개만 움직였을 때 코일에 전류가 발생하고, 코일과 자석이 상대적으로 정지하였을 때는 전류가 흐르지 않음을 발견하였다. 또한 자석의 극을 바꾸면 유도되는 전류의 방향이 달라진다는 것도 알게 되었다. 이와 같이 코일과 자석 사이의 상대적인 운동으로 전류가 유도되는 현상을 전자기유도라고 한다. 이 때 코일 양단에 발생한 기전력을 유도기전력이라고 하며, 코일의 회로가 닫힌 경우 유도기전력에 의해서 흐르는 전류가 유도전류이다.

전자기유도현상에서 도선 또는 자석의 운동 속도를 크게 하거나 강한 자석을 사용하면 같은 시간 동안에 코일을 지나는 자속의 변화가 커진다. 또 코일의 감은 수를 증가시켜도 큰 유도기전력이 나타난다. 이러한 사실을 수식으로 나타내면 다음과 같다. 여기서, V는 유도기전력, n은 감은 수, 시간 ∆t 동안 코일을 관통하는 자속의 변화를 ∆ф이다. (-)부호는 유도기전력이 자속의 변화를 방해하는 방향으로 흐름을 나타내며, 이것이 곧 렌츠의 법칙이다.

패러데이의 전자유도법칙은 기본적으로 전기와 자기가 통합되어 있음을 보여주어 전자기장이라는 물리개념이 도입되는데 중요한 역할을 하였다. 이 일은 맥스웰에 의해 정식화되었다. 패러데이의 전자기유도 법칙을 미분한 형태가 곧 맥스웰 방정식 중 하나이며, 이후에 맥스웰 법칙에 반영되어 전자기학의 기본 법칙이 되었다. 이 법칙은 이후 발전기를 발명하는 데에도 큰 역할을 하였다. 또한 자기유량계의 원리이기도 한데, 자기유량계는 전도성을 지닌 액체나 (slurry)의 유량을 측정할 때 사용된다. 전도성을 가진 액체가 움직일 때 생기는 자기장에 의해 유도기전력이 발생하는 원리를 이용하여 전도성을 지닌 액체나 슬러리의 흐름을 측정할 수 있다.

헨리(Joseph Henry)가 같은 때에 패러데이와 같은 실험을 하였으나 패러데이가 먼저 논문을 내어 패러데이의 법칙으로 알려지게 되었다.