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손이 찌릿... - 에나멜선과 전동기 목록

조회 : 16669 | 2008-12-01

손이 찌릿... - 에나멜선과 전동기
편리하지만, 잘 못 사용하면 위험한 것들이 많지요?
전기가 우리 몸을 ‘찌릿’하고 흐르는 감전 사고도 그 중 하나입니다.
심하면 생명도 위험하지요.

주로 젖은 손으로 전기기구를 만질 때 감전되기 때문에 조심해야 합니다. 이러한 감전을 막기 위해서는 전선을 전기가 통하지 않는 고분자 물질 등으로 된 절연 피복으로 감싸 줍니다.

그렇다면 전선에는 어떤 것들이 있을까요?



전선에는 어떤 것들이 있을까?
전선은 크게 에나멜선, 절연전선, 그리고 코드가 있습니다.
그리고 절연전선은 단선과 연선이 있어요.
이들의 차이는 무엇일까요?

예를 들어 자주 위치를 움직이는 가전제품에는 잘 휘어질 수 있는 연선이나 코드를 사용합니다.
반면에 한 번한 번 설치하면 움직일 필요가 없는 전기 배선에는 비교적 단단한 단선으로 연결합니다.

그리고 전동기에는 주로 에나멜선을 사용합니다.
그런데 에나멜선은 절연피복이 없는 것 같지요? 그렇다면 에나멜선을 만지면 감전되지 않을까요?

 

 

 



그림. 다양한 종류의 전선
전선

 



1) 에나멜선이란?
대부분의 전선처럼 에나멜선도 유성 니스 등에 안료를 반죽하여 만든 에나멜이라는 전기가 통하지 않는 물질로 얇게 코팅되어 있습니다. 따라서 손으로 만져도 감전되지 않아요.

즉 절연피복을 입힌 내부에는 코팅되지 않은 구리선이 들어있는 반면에 에나멜선에는 에나멜이 코팅되어 있는 것입니다. 따라서 에나멜선에 전기가 흐르게 하려면 겉에 있는 에나멜을 제거해야 합니다. 간이 전동기에서 회전자를 만들 때 칼이나 사포로 에나멜선을 긁어낸 적이 있지요?

 

 





그림. 절연피복을 입힌 전선(50배)과 내부의 구리선(500배)


전선

 

 

 



그림. 에나멜선을 자른 단면과 에나멜의 일부를 벗겨낸 에나멜선(200배)
전선

 



2) 에나멜선을 사용하는 이유는?
그런데 전동기에는 왜 에나멜선을 사용할까요?
일반 전선이나 에나멜이 코팅되지 않은 나전선을 사용할 수 없나요?

전동기를 만들려면 자석과 전류가 흐르는 전선이 필요합니다. 자석 주위에는 N극에서 S극으로 자기장이 형성되지요. 또한 전류가 흐르는 전선 주위에도 자기장이 형성됩니다. 이때 자기장의 방향은 오른 나사의 법칙에 결정할 수 있어요.

이러한 두 자기장이 서로 겹치면 어떻게 될까요?
자기장의 방향이 같으면 자기장이 세지고 반대면 약해집니다. 이때 자기장이 센 쪽에서 약한 쪽으로 힘이 생기는데, 이 힘을 전기와 자기의 상호작용에 의한 힘, 즉 전자기력이라고 하지요. 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙으로 알 수 있어요. 즉 왼손의 엄지, 검지, 중지를 서로 수직이 되도록 펴고, 검지와 중지를 자기장과 전류의 방향으로 향하게 하면 엄지가 가리키는 방향이 힘의 방향이에요.



에나멜선에서 전류와 자기장
예를 들어 그림처럼 전류가 에나멜선을 따라 흐르면, 회전자 주위에 생기는 힘의 방향은 ①번에서는 앞으로, ②번에서는 뒤로 생기기 때문에 회전자가 도는 것입니다.

만약에 나전선을 사용하면 어떻게 될까요?
이번에는 전류가 에나멜선에서처럼 360o 회전하면서 흐르는 것이 아니라, 전류가 양쪽으로 나누어져서 같은 방향으로 흐르지요. 따라서 ①번과 ②번에서 힘은 모두 앞쪽의 같은 방향으로 생기기 때문에 회전자는 돌지 않습니다.
에나멜선을 사용하는 이유를 알겠지요?



그림. 에나멜선에서 전류와 자기장, 그리고 힘의 방향
전류.

.



그림. 나전선에서 전류와 자기장, 그리고 힘의 방향
자기장

 



3) 하나 더...
그런데 회전자를 만들 때, 전류가 흐르도록 에나멜을 긁어내는데, 한 쪽은 완전히, 다른 쪽은 1/2 정도만 긁어내지요? 왜 그런가요? 양쪽을 모두 완전히 긁어내면 안 되나요?

그것은 회전자가 180o 회전하면 전류의 방향이 바뀌기 때문이에요. 따라서 이 경우 힘의 방향이 바뀌면서 회전자는 회전하지 못하고 다시 원래의 위치로 되돌아갑니다.

 

 



그림. 회전자가 회전하기 전과 180o 회전한 후의 전류와 힘의 방향
전류


 

따라서 회전자를 회전시키려면 두 가지 방법이 있습니다.
첫째는 직류 대신에 교류를 사용하는 것입니다.
둘째는 직류를 사용한다면 180o를 회전시킨 후에 전류를 차단시켜주는 것이지요.

이를 위해서 전동기 내부에는 전류를 주기적으로 차단하는 정류기가 있어요. 그렇지만 간이 전동기에서는 건전지를 사용하기 때문에 전류를 차단시키기 위해서 에나멜을 1/2 정도만 벗기는 것입니다. 이 경우 180o 회전하면 에나멜이 있는 부분이 연결되면서 전류가 차단되어, 회전자는 관성에 의해서 계속 회전하는 것이지요.

 

 





그림. 회전자의 에나멜선
에나멜선

 



4) 같이 해 볼까요?
에나멜을 벗기지 않고 전선을 연결하면, 정말로 전류가 통하지 않을까요?
1.5 V 건전지를 전지 끼우개에 끼우고, 집게 전선으로 전구에 연결합니다.
이때 에나멜을 벗긴 에나멜선과 벗기지 않은 에나멜선으로 각각 연결합니다.
어때요? 에나멜을 벗긴 전선에만 전기가 통하지요?

 



그림. 에나멜을 벗긴 에나멜선(왼쪽)과 벗기지 않은 것(오른쪽)으로 연결한 경우
에나멜선

5) 간이 전동기 만들기
간이 전동기는 에나멜선과 자석, 건전지, 클립, 절연 테이프로 쉽게 만들 수 있어요.
약 30 cm의 에나멜선을 건전지에 5회 감은 다음 빼내어 사진과 같은 회전자를 만들어요. 칼로 회전자 끝의 에나멜은 한쪽은 완전히, 다른 쪽은 1/2 정도 긁어내요. 클립으로 지지대를 만들어 건전지의 양쪽에 고정시킨 후 자석을 건전지에 붙입니다.
회전자를 올려놓고 손으로 가볍게 톡 쳐 주세요.





그림. 간이전동기 만들기 과정

 


Quiz. 이것은 무엇일까요?
칼에 손을 베인 적이 있나요? 심지어는 빳빳한 종이에 손을 베이기도 하지요. 엄마는 요리하시다가, 아빠는 가구를 수리하시다가 다치시기도 한답니다. 이러한 상처에 물이 스며들면 따갑고 아프지요.
1900년대 애처가인 ‘딕슨’이라는 사람이 있었어요. 그런데, 그의 아내는 살림살이가 서툴러서 손을 자주 다쳤지요. 그때마다 보건 의료 회사인 존슨 앤드 존슨(Johnson & Johnson)에 근무하던 그가 치료용 테이프와 거즈로 치료를 해주었지요. 그런데 문제는 그가 없을 때였어요.
‘딕슨’은 그가 없을 때 상처를 응급 처치할 수 있도록 일정한 크기로 자른 거즈를 접착테이프에 붙이고 표면에 매끄러운 크리놀린이라는 직물을 붙여 두었답니다. 이 아이디어는 ‘밴드-에이드’라는 최초의 밴드를 탄생시키게 됩니다.






그렇다면 이것(50배)은 무엇일까요?
이것은 가정에서 가장 많이 사용하는 의약품으로 우리나라 최초의 밴드인 이것의 솜이 있는 부분을 확대한 것이에요. 웬만한 상처는 이것 하나로 치료가 가능할 정도로 매우 요긴하게 사용된답니다.



주제!
물질 ,전기 ,전해질 ,이온
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