선풍기, 믹서기 등 모터(전동기)는 우리생활에 다양하게 사용됩니다. 모터는 어떤 원리로 작동하는 것일까요?

에너지는 전기, 빛, 운동, 열에너지 등 다양한 형태로 존재합니다. 한 에너지의 형태는 다른 에너지의 형태로 바꿀 수 있는데, 이것을 바로 에너지변환이라 합니다. 전기난로와 전기밥솥은 전기에너지가 열에너지로 변환되는 것입니다. 모터(전동기)는 건전지를 통해 전기에너지를 공급하여 회전자가 회전함으로써 운동에너지로 변환되는 원리를 이용한 것 입니다.

◎ 미리생각해보기

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

◎ 실험 전 주의사항!

1. 실험에 포함된 작은 부품이나 시약 등은 삼키지 않도록 주의합니다.

2. 실험에 포함된 준비물은 실험 외 다른 용도로 절대 사용하지 않도록 합니다.

3. 실험용 도구와 시약으로 절대 장난치지 않도록 합니다.

4. 날카로운 도구를 사용할 때는 다치지 않도록 주의합니다.

5. 실험 후에는 주변 지역을 정리하고 손을 깨끗이 씻습니다.

◎ 실험 전 반드시 확인하기!

에나멜선이 휘어지면 작동이 원활하지 않을 수 있습니다.

도안이 찢어지거나 구겨지지 않도록 주의하세요.

오랫동안 전지를 연결시켜 놓으면 전지가 방전될 수 있습니다.

1. 건전지(지름1.5cm)를 이용하여 에나멜선을 6~8회 정도 감아 그림과 같이 고리를 만들어 고정합니다.

2. 사포를 이용하여 에나멜선의 한쪽 끝은 완전히 벗겨내고 다른 한쪽 끝은 한쪽 면만 벗겨냅니다.

-반드시 한쪽은 한쪽면만 벗겨내도록 합니다.

-회전자의 팔은 4.5~5cm정도로 합니다.

3. 도안 1번(몸체)을 떼어 양면테이프를 이용하여 조립합니다.

-도안이 찢어지지 않도록 주의하세요.

-부착면 기호에 맞추어 붙일 수 있도록 주의하세요.

4. 전지끼우개의 전선을 밖에서 안으로 넣은 후, 전선을 9자핀에 감아 투명테이프로 고정시킵니다.

9자핀의 구멍이 아래를 향하도록 본체 옆면에 뚫린 직사각형의 위쪽을 기준으로 붙여주세요.

- 2개의 9자핀의 높이가 동일하도록 해줍니다.

◎ 실험방법

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

5. 회전자를 9자핀에 끼우고, 회전자의 팔을 완전히 펴주세요.

7. 가방 도안을 떼어내 조립하여 몸체 뒤쪽에 양면테이프를 이용하여 붙인 후, 전지끼우개를 가방 안에 넣어 전선을 정리하세요.

-부착면 기호에 맞추어 붙일 수 있도록 주의하세요.

8. 몸체 위쪽에 얼굴, 몸체 바닥에 발, 꾸미기재료를 붙여 간이모터를 완성하세요.

-부착면 기호에 맞추어 붙일 수 있도록 주의하세요.

6. 양면테이프를 이용하여 자석을 몸체 중앙에 붙이고, 도안을 떼어내 회전자의 팔에 물고기를 붙여 손으로 가볍게 돌려 회전자의 회전을 관찰합니다.

- 회전자가 잘 돌지 않을 경우,

1) 회전자 팔이 잘 펴져 있는지 확인하세요. 2) 자석의 높이를 조절하거나 극을 바꾸세요.

◎ 실험결과 및 생각해보기

1. 자석위의 코일은 어떻게 되었나요?

⇒ 코일이 계속해서 빙글빙글 돌아갑니다.

2. 회전자가 더욱 세게 돌게 하려면 어떻게 해야 할까요?

⇒ 전류의 세기를 세게 하기 위해 건전지를 추가하거나 건전지의 전압을 큰 것으로

교체하고, 자기장의 세기를 세게 하기 위해 자석을 추가합니다.

3. 모터(전동기)는 어떤에너지를 어떤에너지로 변환 시키는 원리일까요?

⇒ 모터(전동기)는 건전지를 통해 전기에너지를 공급하여 회전자가 회전함으로써 운동에너지      로 변환되는 원리를 이용한 것입니다.

4. 에나멜선의 한쪽 끝을 반만 벗겨내는 이유는 무엇일까요?

⇒ 원형코일이 반 바퀴 회전할 때마다 전류의 방향이 바뀌어 반 바퀴 돌고나면 전류가 흐르

지 않게 됩니다. 그러나 관성의 법칙이 작용해 회전을 계속하게 됩니다.

◎ 원리이해

1. 에너지 변환

에너지는 운동에너지, 위치에너지, 전기에너지, 열에너지, 빛에너지, 소리에너지 등 다양한

형태를 가집니다. 특정 에너지의 형태는 다른 에너지의 형태로 변환이 가능합니다. 예를 들    어, 전기에너지는 가정으로 전해져 선풍기의 전동기를 회전시키는 운동에너지로 변하고, 전    기장판이나 헤어드라이어, 커피포트 등의 전열기를 통해 열에너지로, 전등을 통해 빛에너지    로 변환됩니다. 그 밖에 라디오나 오디오를 통해 전기에너지가 소리에너지로 변환됩니다. 그    러나 대부분의 에너지는 하나의 형태에서 다른 하나의 형태로 모두 변환되는 것이 아니라     여러 형태의 에너지로 동시에 변환됩니다. 석유를 연소시켜서 자동차를 움직이는 경우, 엔진    에서 석유의 화학에너지가 자동차의 운동에너지로 모두 바뀌는 것이 아니라 운동에너지와     열에너지, 소리에너지 등으로 나누어져 변환됩니다.

SZ-F-R-005(Rev.3)                                                                                                      호기심의 시작 사이언스존                                                                                                     A4(210mm ×297mm)

2. 전동기(모터)

자기장(자석) 속에 놓여 있는 도선에 전류(에나멜선)가 흐르면 도선은 힘을 받아 움직입니    다. 이때 받는 힘의 방향은 플레밍의 왼손 법칙(원리이해3)으로 알 수 있습니다. 자기장 속    에 코일을 넣고 전류를 흐르게 하면 코일은 힘을 받아 회전하는 것을 전동기(모터)라고 합니

다. 전동기의 회전력은 코일의 감은 수와 코일에 흐르는 전류의 세기에 비례합니다. 전동기

의 구조를 살펴보면, 코일이 감긴 회전자가 있으며, 회전자 밖으로 고정 자석(전자석), 회전

자에 전류를 연결하는 *브러시(9자핀)가 있습니다.

*브러시: 돌아가는 발전기나 전동기의 전류가 흐르는 부분에 닿아 밖으로 전류를 끌어내거나

밖으로부터 전류를 끌어들이는 장치입니다.

3. 플레밍의 왼손법칙

전자기력의 방향을 따질 때, 플레밍의 왼손 법칙으로 방향을 설명할 수 있습니다. 세 번째

손가락을 전류의 방향으로, 두 번째 손가락을 자기장의 방향으로 가리키면, 엄지손가락의

방향이 전자기력의 방향이 됩니다. 여기서 각 손가락의 사이 각은 직각이어야 합니다.

4. 회전자의 관성

관성이란 그대로 상태를 유지하려고 하는 성질입니다. 즉, 정지한 물체는 정지해 있으려고 하고, 움직이는 물체는 계속 움직이려고 하는 성질입니다.

① 에나멜선을 한쪽의 반만 벗겼을 때: 원형코일이 반 바퀴 회전할 때마다 전류의 방향이 바뀌어 반 바퀴 돌고나면 전류가 흐르지 않게 됩니다. 그러나 관성의 법칙이 작용해 반 바퀴를 돈 원형코일은 계속 같은 방향으로 회전해 완전하게 한 바퀴를 돌고 다시 에나멜선이 벗겨진 부분에 전류가 흘러 반 바퀴를 돌게 되는 형태를 반복하면서 원형코일은 계속 회전하게 됩니다.

② 회전자의 에나멜선을 모두 벗겼을 때: 원형코일이 반 바퀴 돌때마다 전류의 방향이 바뀌면

서 플레밍의 왼손법칙을 확인하면 힘의 방향도 반대가 되는 것을 확인할 수 있습니다. 때문에

관성이 작용하지 않아 원형코일은 반 바퀴를 회전한 후 돌지 않게 됩니다.

학습목표

간이모터를 만들어, 전동기(모터)의 원리와 에너지변환에 대해 이야기 해봅시다.

간이모터

실험날짜          년      월      일

학년   반    이름 :

선풍기, 믹서기 등 모터(전동기)는 우리생활에 다양하게 사용됩니다. 모터는 어떤 원리로 작동하는 것일까요?

◎ 미리생각해보기

에나멜선 60cm, 건전지1개, 전지끼우개, 네오디늄자석, 9자핀 2개, 사포, 양면테이프, 도안, 투명테이프 ※ 직접준비해주세요.(칼, 가위)

◎ 실험준비물

1. 자석위의 코일은 어떻게 되었나요?

2. 회전자가 더욱 세게 돌게 하려면 어떻게 해야 할까요?

◎ 실험결과 및 생각해보기

3. 모터(전동기) 어떤에너지(A)를 어떤에너지(B)로 변환시키는 원리일까요?

4. 에나멜선의 한쪽 끝을 반만 벗겨내는 이유는 무엇일까요?

◎ 새롭게 알게 된 사실

◎ 느낀점