하이브리드 자동차에서의 발전기의 필요성과 조건을 모둠원들과 토론하 며 의견을 모아봅시다

발전기의 필요성 발전기의 조건

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■ 전자기 유도 현상

전자기 유도 현상이란 도체의 주변에서 자기장을 변화시켰을 때 전압이 유도되어 전류가 흐르는 현상을 말합니다. 외르스테드에 의해 전류가 자기 장을 형성한다는 사실이 알려지면서 자연스럽게 자기장을 이용해 전류를 만들 수 있지 않을까 하는 의문이 생겨나게 됐고, 이후 각각 전선 코일 속 에 자석을 넣었다 뺐다 하는 단순한 운동으로 전선

속에 전류가 흐른다는 사실이 패러데이와 헨리에 의 해 발견되었습니다. 이때 코일에 대한 자석의 상대 적인 운동에 의해 자기장의 변화가 생기게 되고, 바 로 이 변화에 의해 기전력이 만들게 되는 것입니다.

기전력은 자석이 도체 주위를 움직이거나 도체가 자 석 주위를 움직이는 두 가지 경우 모두에 의해 유도 되는데, 이를 통해 도선에 유도전류가 흐르게 되는 것입니다.

도선에 흐르는 전류의 크기는 코일에 감긴 전선의

수와 코일을 통과하는 자기장의 시간당 변화율에 비례합니다. 이처럼 전자 기유도에 의해 회로 내에 유발되는 기전력의 크기는 회로를 관통하는 자 기력선속의 시간적 변화율에 비례하며, 이는 이 사실을 처음 발견한 패러 데이의 이름을 따 ‘패러데이의 법칙’이라고 부릅니다..

■ 직류 발전기의 원리

원동기를 이용해 코일을 축을 중심으로 시계 방향으로 v의 속도로 회전시키면 길이 의 코 일변에는 플레밍의 오른손 법칙에 의해 e = vB [v]의 유도 기전력이 발생합니다. 코일에 전류가 흐르게 되면 자속 밀도 B와 코일 사이

읽기자료

직류 발전기는 교류 발전기의 슬립링 대신 오른쪽 그림과 같이 2조각의 정류 자를 연결합니다. 코일의 양쪽 끝을 각각 정류자편에 한쪽씩 연결하고 양쪽에 브 러시를 접촉시켜 직류 전류를 얻게 됩니 다. 코일이 회전하여 자리를 서로 바꾸어 도 브러시는 항상 고정된 위치에서 정해 진 코일과 접촉하므로 얻어지는 전류는 방향이 바뀌지 않는 직류가 되는 것입니다.

<직류 발전기의 종류>

직류 발전기의 자극은 전자석을 사용하는데 전자석을 만드는 여자 방식 에 따라 자여자 발전기와 타여자 발전기로 분류합니다.

자여자 직류 발전기 계자 권선의 여자 전류를 자기 자신의 전기자 유 기 전압에 의해 공급하는 발전기

타여자 직류 발전기 독립된 직류 전원에 의해 계자 권선을 여자시키 는 발전기

<용어>

- 여자 : 권선에 전류를 통해서 자속을 발생 시키는 것 - 자속 : 어떤 면을 지나는 자력선 수

- 계자권선 : 자속을 발생시키기 위해서 주자극 또는 보극에 감은 권선 - 전기자 : 철심과 권선으로 되어 있으며 자력선과 코일이 교차하는 자속 과 상대적 운동에 의해 기전력을 발생하는 부분

■ 교류 발전기의 원리

직류 발전기와 마찬가지로 원동기로 코일을 축 을 중심으로 시계방향으로 v의 속도로 회전시키 면 길이 의 코일변에는 플레밍의 오른손 법칙에 의해 e = vB [v]의 기전력이 발생됩니다. 코일에 전류가 흐르게 되면 자속밀도 B와 코일 사이에 플레밍의 왼손 법칙에 따른 기전력이 작용하여 회전 방향 반대의 힘이 발생됩니다. 따라서 발전 을 지속하려면 이 힘을 극복할 힘을 외부에서 지

속적으로 공급해 주어야 합니다. 직류 발전기는 정류자에 의해 정류가 되 어 직류 전압이 유기 되지만 교류 발전기는 슬립링에 의해 회전 시 극성 이 교번되는 교류 기전력이 유기됩니다.

■ 발전기의 구조

직류 발전기의 구조를 살펴보면 아래의 그림과 같습니다.

결국 발전기의 구조는 지난 시간에 배운 모터의 구조와 기본적인 구성에 대해서는 차이가 없습니다. 다만 모터가 전기를 이용해 회전력을 만들어 낸다면 발전기는 회전력을 가지고 전기를 생산하는 것입니다. 실제로 모터 는 발전기에서 발생한 실수로 만들게 되었다는 역사적 사실도 알 수 있습 니다.

■ 자동차에 사용되는 발전기

자동차에서 발전기는 어떻게 이용될까요? 그림과 같이 발전기는 자동차의 구동 벨트와 연결되어 있습니다. 자동차 엔진이 움직이면서 자연스럽게 발전기도 회전하기 때문에 발전기는 효율적인 전 기 생산을 할 수 있습니다. 이렇게 생산된 전기는 자동차 배터리를 충전하는 역할을 하거나 각종

에너지의 변신은 무죄

(에너지 전환)

7차시

고등학교

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[학생용]

학습목표

-각 종 자동차 제작을 통하여 에너지 전환과정을 설명할 수 있다.

상황제시

올 겨울은 사람뿐만 아니라 동물들에게 유독 추운 것 같습니다. 그래서 그런지 오늘은 저녁 식사를 마치고 뉴스를 보는데 이런 얘기가 나오지 뭐 에요?

“요즘 같은 겨울 철 출근하실 때 자동차를 주의 깊게 살펴보셔야 할 것 같습니다. 고양이가 자동차 보닛 속에 들어가서 지낸다고 합니다. 자동차 의 시동을 껐을 때 자동차 속의 열기가 남아 따뜻하기 때문이라고 합니다.

그래서 자동차의 시동을 켤 때는 보닛을 두드려 고양이를 내보낸 후 시동 을 켜야 합니다. 왜냐하면 고양이가 자동차의 기관에 끼어 자칫하면 사고 로 연결될 수 있기 때문입니다.”

‘가여운 고양이가 다칠 수 있겠구나?’ 뉴스를 보던 산타 할아버지는 내 일 아침에는 꼭 한 번 보닛을 두들겨 봐야겠다고 생각했습니다. 그리고 다 음 날, 산타 할아버지는 혹시나 하는 마음에 보닛을 똑똑 두들겼는데 글 쎄, 정말로 고양이 한 마리가 쏙 빠져나와 달려가는 게 아니겠어요? 자칫 잘못하면 고양이가 정말로 다칠 수도 있었다는 생각에 안도의 한숨을 내 쉬었습니다.

그런데 한편으로 산타 할아버지는 궁금하기도 했습니다. ‘도대체 자동차 안은 얼마나 따뜻한 거지? 얼마나 따뜻하기에 고양이가 추운 겨울을 따뜻 하게 보낼 수 있는 거지? 그리고 왜 그렇게 따뜻한 거지?’ 사실 산타 할아 버지도 자동차에 대해서는 잘 모르시거든요. 혹시 여러분은 그 이유에 대 해 알고 계시나요?