전자석 · Isowiki

왜 필요한가

영구 자석은 늘 자석이라 끌 수 없다. 문을 잠갔다 열거나, 짐을 들었다 놓으려면 끌 수 있는 자석이 필요하다.

전자석은 스위치로 켜고 끄는 자석이다. 전기를 흘리는 동안만 자석이 된다. 문 잠금, 계전기, 밸브, 고철 기중기처럼 자석을 필요할 때만 쓰는 곳에 알맞다.

전선에 전류가 흐르면 전선 둘레에 자기장이 생긴다. 전선을 코일로 감으면 자기장이 한곳에 모인다. 자기장의 세기를 정하는 것은 감은 수 × 전류, 즉 암페어 회수다.

그림의 코일은 기둥 팔에 매달려 있고, 구리선 200회에 전류 1 A를 흘린다. 200 × 1 = 200 암페어 회수다. 전원의 스위치로 전류를 켜고 끈다.

코일 속에 무른 쇠를 넣으면 자기장이 수십에서 수천 배 세진다. 보통 전자석은 철심을 넣은 코일이다.

그림에서 철심을 빼면 같은 코일의 자기장이 훨씬 약해진다. 나무 받침 위의 쇠 덩어리가 떨어지는 것도 그 때문이다.

무른 쇠는 전류가 끊기면 자기를 거의 잃는다. 강철 같은 단단한 재료는 자기를 오래 지녀 영구 자석이 된다.

전류 방향을 바꾸면 N극과 S극이 바뀐다. 그림에서 방향을 바꾸면 극 글자가 바뀌고, 자기력선이 반대로 흐른다.

쇠는 어느 극에나 끌려 든다. 그래서 전류 방향을 바꿔도 쇠 덩어리는 그대로 붙어 있다.

전자석이 막대를 끌어당기는 힘은 틈이 벌어져 있을 때 가장 약하고, 닫혔을 때 가장 세다. 전자석으로 막대를 끌어들이는 장치를 솔레노이드라 한다.

전류가 흐르면 막대가 코일 속으로 끌려 들어가며 틈이 닫히고, 끝에서 세게 붙는다. 전류가 끊기면 보통 스프링이 막대를 되돌린다. 작은 솔레노이드는 움직임이 2–12 mm쯤이고, 붙드는 힘은 몇 N에서 백여 N이다.

계전기는 코일의 전류가 철심을 자석으로 만들어 쇳조각(접극자)을 당기고, 접점을 붙인다. 전류가 끊기면 스프링이 되돌린다.

세탁기 급수 밸브는 스프링이 막대를 작은 구멍(파일럿) 위에 눌러 둔다. 전기가 들어오면 막대가 들려 구멍이 열리고, 물의 압력이 큰 막(다이어프램)을 들어 올린다. 전기가 끊기면 스프링이 다시 닫는다.

고철 기중기는 전류를 끊으면 짐을 놓는다. 남은 자기 때문에 잠깐 반대 전류를 흘려 다 떨어뜨린다.

커피머신 속에도 솔레노이드 밸브와 진동 펌프가 들어 있다. 진동 펌프는 반파 정류한 교류로 코일을 몰아, 전원 한 주기에 한 번 막대를 당기고, 스프링이 되민다.

그림의 코일은 구리선 200회, 전류 1 A다. 철심을 빼면 같은 코일의 자기장이 훨씬 약해진다. 그림의 옅은 자기력선은 모양만 보이고, 세기의 비는 모형값이 아니다. 쇠 덩어리가 떨어지는 빠르기는 실제보다 느리게 그렸다.