전기와 자기 - 중학교 과학 2학년 1학기 과학(2단원)

중학교 2학년 1학기 과학(2단원) - 전기와 자기

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전자기의 가장 기초에 대해서 배우게 되는 단원입니다.

전기는 어떤 방식으로 발생되는지, 전류, 전압, 저항의 정의와 관계, 그리고 전류가 흐르는 도선 주위에서 생기는 자기장에 대해서 배우게 됩니다.

 

초등학교 2학년, 6학년 과학 시간에 배웠던 내용들의 연결임과 동시에, 앞으로 물리에서 전자기학을 배움에 있어 기초가 되는 내용이니, 꼼꼼하게 공부하시기 바랍니다.

 

교재는 비상교육의 오투를 활용하고 있습니다.

 

 

오투 중학 과학 2-1(2024)

 

 

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2단원. 전기와 자기

 

1. 전기의 발생

 

 

마찰전기

• 마찰에 의해 물체가 띠는 전기
• 전선을 따르 흐르는 전기와 달리 한곳에 머물러 있으므로 정전기라고도 함

 

마찰 전기가 생기는 까닭

• 서로 다른 물체끼리 마찰시키면 전자가 한 물체에서 다른 물체로 이동하기 때문
• 전자를 잃으면 (+)전하를 띠고, 전자를 얻으면 (-)전하를 띤다

 

대전과 대천체

• 대전 : 물체가 전기는 띠는 현상
• 대전체 : 전기를 띤 물체

 

전기력

• 전기를 띤 물체 사이에서 작용하는 힘
• 같은 전하끼리는 서로 밀어내고, 다른 전하끼리는 서로 끌어당긴다

 

 

1. 전기의 발생

 

정전기 유도

• 전기를 띠지 않은 금속에 대전체를 가까이 할 때, 금속의 끝부분이 전하를 띠는 현상
• 금속 내부의 전자가 대전체로부터 전기력을 받아 이동하기 때문

 

유도되는 전하의 종류

• 대전체와 가까운 쪽 : 대전체와 다른 종류의 전하로 대전
• 대전체와 먼 쪽 : 대전체와 같은 종류의 전하로 대전

 

검전기

• 정전기 유도를 이용하여 물체의 대전 여부를 알아보는 기구
• 검전기의 원리 : 금속판에 대전체를 가까이 하면 정전기 유도에 의해 금속판과 금속박이 전하를 띠면서 금속박이 벌어진다

 

검전기의 원리

 

위 그림에 있는 검전기의 원리에서 유형 1은 쉽게 이해가 될 거에요.

 

유형 2에 대해서만 조금 더 자세히 살펴보고 꼭 이해하고 넘어가길 바랍니다.

 

(+) 대전체와 (-) 대전체를 가져다 대고, 손가락을 검전기에 대면,

대전체가 (+)인 경우에는 손에 있는 전자를 검전기의 금속판이 끌어당겨서 (-)로 검전기가 가득차게 된다. 
대전체가 (-)인 경우에는 전자가 손으로 다 밀려나서, 검전기가 (+)로 가득차게 된다.

이렇게 암기하시기 바랍니다.

 

 

2. 전류, 전압, 저항

 

전류

• 전하의 흐름
• 단위 : A(암페어)
• 전류의 방향 : 전지의 (+)극 → 전지의 (-)극
• 전자의 방향 : 전지의 (-)극 → 전지의 (+)극

전류의 방향과 전자의 방향은 서로 반대 입니다.

 

 

전압

• 전기 회로에서 전류를 흐르게 하는 능력
• 단위 : V(볼트)

 

전류계와 전압계

• 전류의 세기와 전압의 크기를 측정하는 기구
• 전류계 : 전기 회로에 직렬로 연결
• 전압계 : 전기 회로에 병렬로 연결

 

 

2. 전류, 전압, 저항

 

전기 저항

• 전기 회로에서 전류가 흐르는 것을 방해하는 정도
• 단위 : Ω(옴)
• 1 Ω은 1V의 전압을 걸었을 때, 1A의 전류가 흐르는 도선의 저항이다
• 전기 저항이 생기는 까닭 : 전류가 흐를 때 전자들이 이동하면서 원자와 충돌하기 때문

 

전기 저항을 변화시키는 요인

• 물질의 종류 : 물질마다 원자의 배열 상태가 달라 원자와 전자가 충돌하는 정도가 다르므로, 전기 저항이 달라짐
• 도선의 길이와 단면적 : 전기 저항은 물질의 길이에 비례하고, 단면적에 반비례 한다.

 

멀리가야 하면 할수록 더 많이 부딪히게 되고, 좁으면 좁을수록 더 많이 부딪히게 되니 당연한 이야기겠죠?

 

 

옴의 법칙

• 전류의 세기(I)는 전압(V)에 비례하고, 저항(R)에 반비례한다.

옴의 법칙

 

옴의 법칙을 외우지 못하면 큰일납니다. 암기!!! 암기!!!

 

 

 

2. 전류, 전압, 저항

 

 

초등학교 6학년 때, 전구의 직렬, 병렬 연결을 배웠던 것이 기억나시나요? 완전히 똑같은 구조입니다.

전구가 저항으로 바뀌었을 뿐이죠.

 

한번에 C.1.번 표의 내용이 다 이해되면 최고로 좋겠습니다만, 만약 잘 이해가 되지 않는다면!!

다음의 방법으로 문제를 풀어보세요.

 

1. 저항이 2개 이상 있는 경우, 먼저 전체 저항을 구한다.
2. 전체 저항 기준으로 전류와 전압을 구한다.
3-1. 직렬일 경우, 전체 회로에 흐르는 전류는 같다.
3-2. 병렬일 경우, 전체 저항에 걸리는 전압은 같다.
4. 전류와 저항, 전압 중 2개를 알고 있으므로, 옴의 법칙을 이용하여 문제를 푼다.
(직렬+병렬 연결이 함께된 회로가 아닐 경우, 위 순서로 접근하면 모든 문제가 풀이 가능합니다)

 

 

3. 전류의 자기 작용

 

자기장

• 자석 주위와 같이 자기력이 작용하는 공간
• 방향 : 자석 주위에 놓은 나침반 자침의 N극이 가르키는 방향
• 세기 : 자석의 양 극에 가까울수록 세다

 

자기력선

• 눈에 보이지 않는 자기장의 모습을 선으로 나타낸 것
• 항상 N극에서 S극으로 들어감
• 중간에 끊어지거나 서로 교차하지 않음
• 자기력선의 간격이 촘촘할수록 자기장이 세다

 

전류가 만드는 자기장

 

19세기 프랑스의 물리학자 앙페르는 정밀한 실험을 실시하였다. 그 결과, 위의 그림과 같이 직선 전류가 만드는 자기장은 오른나사를 돌리는 것과 같은 방향으로 자기력선을 만든다는 사실을 발견하였다.

이것을 '오른나사의 법칙' 또는 발견자의 이름을 따서 '앙페르의 오른손 법칙'이라고 부른다. 오른손의 법칙이라고 부르는 이유는, 오른손으로 전류가 흐르는 방향을 따라 전선을 잡았을 때 전류의 방향은 엄지손가락이 가리키는 방향이며, 자기장의 방향은 나머지 손가락이 감기는 방향과 같게 나타나기 때문이다. 또, 오른나사의 법칙이라고 부르는 것도 마찬가지 이유 때문이다.

앙페르는 이 실험에서 전선이 만들어 내는 자기장의 세기는 자기장 안쪽을 지나가는 전선의 전류 세기가 클수록, 또 전선에 가까울수록 강해진다는 사실을 알아냈다.

 

전자석의 세기는 전류의 세기가 클수록, 코일을 많이 감을수록 커진다. 전자석은 영구 자석과 달리 전류가 흐를 때만 자석의 성질을 띠고, 전류의 세기를 조절함으로써 자석의 세기를 조절할 수 있어 우리 생활에 널리 이용된다. 즉, 초인종이나 자동문 개폐기, 비상벨처럼 가만히 있다가 순간적으로 움직이는 것들은 대부분 전자석의 원리를 이용한 것들이다. 이것들은 반응과 동시에 코일에 전류가 흐르면서 자석이 되어 서로 잡아당기거나 밀어서 작동한다.

[네이버 지식백과] 전류와 자기장 (상위5%로 가는 물리교실2, 2008. 3. 13, 신학수, 이복영, 백승용, 구자옥, 김창호, 김용완, 김승국)

 

 

 

3. 전류의 자기 작용

 

 

자기장에서 전류가 받는 힘(자기력)

• 자석 사이에 있는 도선에 전류가 흐르면 자석에 의한 자기장과 전류에 의한 자기장이 상호 작용하여 도선은 힘을 받는다

 

자기장에서 전류가 받는 힘의 방향

• 전류와 자기장의 방향에 각각 수직인 방향으로 힘을 받는다.

자기장에서 전류가 받는 힘의 방향

 

자기장에서 전류가 받는 힘의 크기

• 전류의 크기가 셀수록, 자기장의 세기가 셀수록 크다
• 전류와 자기장의 방향이 서로 수직일 때 힘의 크기가 가장 크고, 평행일 때 힘을 받지 않는다.

 

 

이상으로, 전류와 자기 단원을 쭈욱 살펴보았는데요, 이 단원에서는 새로 나오는 용어의 정의를 암기하시고,

1. 검전기 실험 이해

2. 옴의 법칙 암기

3. 저항의 직렬, 병렬 연결 관련 문제 풀이

4. 전류가 흐르는 도선의 자기장 문제(전류와 자기장의 방향)

5. 자기장 속에서 전류가 받는 힘의 방향

에 대한 문제들은 잘 풀어 보시기 바랍니다.

 

앞으로 물리 공부에 있어 꼭 필요한 부분이니, 처음 공부할 때 꼼꼼하게 집중해서 공부하시기 바랍니다.