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중학교 2학년 과학/2단원(전기와자기)

초스피드 호모폴라 전동기

by 민서아빠(과학사랑) 2017. 3. 30.

호모폴라전동기만들기.hwp

 

가. 준비물

구리선(지름1mm, 길이 30cm), 페라이트 원형 자석(20X5mm), 네오디뮴자석 원형(10mm×10T), 네오디뮴 자석(원형사라(나사용):사라 13㎜ x 3T(6.5*4.2mm)), 건전지AA

호모폴라 전동기를 잘 돌게 만들기 위해 몇일 동안 작업하고 개선하였다.

이 모든 작업은 교장선생님께서 많이 도와 주셨다. ^^



1. 대칭이 잘되고 균형이 잘 맞는 구리선 제작

  초스피드 호모폴라 전동기를 만들어 보기 위해 우선 정확하게 대칭이 되도록 몇일에 걸쳐  치수를 재 가면서균형을 맞춘 구리선을 제작했다.(교장선생님께서 정성들여서 몇일동안 작업하셨다.)


2. 이탈 방지를 위한 개선

  네오디뮴 자석을 아래쪽에 붙이고 건전지 (+)극에 구리선을 올려 돌게 했는데 속도가 빨라지니 자꾸 이탈을 한다. 

  이때 부터 이탈을 방지하기 위한 다양ㅇ한 방법을 시도하였다.

  (+)극 위에 빨대를 잘라 붙여 보았다. 하지만 속도가 빨라지니 금방 밀려 떨어진다.

  지우개를 동그랗게 잘라 가운데 구멍을 뚫어 올려 놓았다. 이제 밀려나지는 않는데, 구리선이 회전할때 마찰이 생긴다. 

  몇일동안  (+)극 위에 어떻게 하면 안정되게 올려 놓을 수 있을까 찾아 헤매다가 건전지를 거꾸로 뒤집어 (-)극이 위로 올라오게 했더니 구리선이 닿는 부분이 평평해서 훨씬 더 안정적이라는 것을 알아냈다. 왜 이 생각을 몇일 동안 못 했을까? 하지만 그래도 뭔가 부족했다.


  그러다가 우연히 구멍이 뚫린 네오디뮴 자석을 발견했다. 네오디뮴자석을 건전지 위에 붙여보니 딱 맞다.

  참고로 네오디뮴자석은 (13*3T) 내부구멍은 (6.5*4,2mm) 짜리를 사용했다.


  지금까지 만들어본 호모폴라 전동기 중에 가장 빠른 속도로 회전한다. ^^

  동영상 50초 쯤에 보면 돌아가는 모습이 잘 보이지 않을 정도로 빨리 돈다.


  굵은 구리선을 사용해서 만들어도 보았다. ' 

  잘 연구하면 탐구할 내용이 많다. 구리선의 모양에 따라서 무게에 따라서 등등, 그런데 문제는 건전지가 빨리 닳기 때문에 변인 통제하기가 쉽지 않아서 여러가지를 비교하기가 어렵다. 





  어쨌거나 대칭이 잘되게  만들고 새건전지를 사용하고 구멍이 난 자석을 잘 이용하면 정말 초스피드로 회전하는 호모폴라 전동기를 만들 수 있다.는 것을 알 수 있었다.



호모폴라 전동기 원리는 아래 링크 참고

http://sciencelove.com/1375

 

 

<추가사항>

호모폴라 전동기를 잠시 돌리다 보면 건전지 온도가 올라가면서 빨리 소진된다. 이는 저항이 적어 전류를 많이 사용하기 때문이다. 갑자기 생각나서 열화상카메라를 이용해서 온도가 올라가는 것을 촬영해 보았다.

 


댓글19

  • The Darkness 2017.03.31 07:52

    오.. 정말 빨리 회전하는 호모폴라네요. 좋은 영상 감사합니다.
    답글

  • 아이로봇 2017.12.19 11:31

    그런데 이 실험을 하기 위해서 자석과 닿은 부분의 구리선을 사포로 벗겨야 할까요?
    이것을 여러번 시도 해봤었는데 되는경우도 있지만 잘 돌지 않는경우가 많아서요~ㅠ
    답글

    • 에나멜선은 표면이 코팅되어 있어서 사포로 문질러서 코팅면을 벗겨야 하지만, 구리선은 기본적으로 코팅이 되어 있지 않기 때문에 그냥 사용하셔도 됩니다. 만약 코팅된 구리선이라면 건전지와 접촉되는 부분은 위쪽과 아래쪽 모두 다 벗겨내야 겠지요. ^^

  • Jaehyun Park 2019.10.24 14:06

    선생님.. 저항이 작은데 왜 전류가 많이 흐르면 열이 많이 발생하는 이유가 뭘까요? 그럼 송전선의 저항이 작을 수록 열로 소모되는 에너지가 많아지나요? ㅎㅎ 헷갈리네요ㅠ
    답글

    • 왜냐하면 전류가 구리선을 흐르는 동안 저항이 작으면 옴의 법칙에 의해 전류가 커지기 때문에 소비되는 전력이 커집니다. 따라서 짧은 시간에 큰 에너지를 소비하게 되지요. 그래서 열이 많이 발생하게 됩니다.
      송전선과의 비교는 전제조건이 잘 못 되었습니다. 호모폴라 전동기에서는 구리선 자체가 에너지를 모두 소비하지만, 송전선은 발전소에서 보낸 에너지를 가정에서 소비할 수 있도록 송전선 자체에서는 에너지 소리를 최소화 해야 합니다. 따라서 저항이 작아야 하지요. 쉽게 말하면 건전지(발전소)를 이용해서 꼬마전구(가정)에 불을 켜야 하는데 전선(송전선)의 저항이 커지면 꼬마전구에 불을 켤 수가 없지요. 송전선은 저항이 작아야 에너지를 적게 소모하게 됩니다. 상대적으로 꼬마전구에서 전압강화에 의해 대부분 에너지를 소비할 수 있지요.

  • asdf 2019.11.04 21:17

    자석의 세기를 세게 하거나 굵은 구리선을 사용하면 더 빨리 돌 수 있나요?
    답글

    • 이론적으로는 맞습니다.
      하지만 굵은 구리선을 사용하는 것은 별 차이가 없습니다. 왜냐하면 이미 구리선은 저항이 거의 없는 합선된 상태로 봐야 하기 때문에, 구리선이 조금 넓어 진다고 해서 흐르는 전류의 양에는 큰 차이가 없습니다. (옴의 법칙에 의해 저항이 0 이 된다고 해도 건전지 같은 경우에는 전류가 무한대로 올라가지 않아요) 오히려 구리선이 굵어 지면 관성이 커져서 잘 안돌아갈 수도 있습니다.

  • 김도근 2019.11.06 22:24

    혹시 치수를 어떻게 재셨는지 알 수 있나요,, 아무리 노력해도 위 영상처럼 빠르게 안되네요,,
    답글

    • 첨부화일 다운 받아 보시면 화일안에 실제 호모폴라 크기 전개도가 들어 있습니다. 그것에 맞추시면 됩니다.
      그런데 빨리 돌게 하려면 좌우 대칭이 잘 맞아야 합니다. 이게 제일 중요해요. 그리고 새건전지를 사용하셔야 합니다.

  • dddd 2020.06.07 20:33

    저는 중학교 2 학년 학생인데, 이 실험을 오른 나사 법칙과 융합해서 자유탐구 보고서를 제출하려고 하는데 괜찮을까요?? 내용이 초등학교 교과서에서도 나와서 그러는데 어떻게 해야지 더 창의적으로 써서 제출할 수 있을까요?
    답글

    • 괜찮습니다. 창의적(?) 고민을 많이하고, 이것저것 비교해 보다 보면 좋은아이디어가 떠 오를 겁니다. 창의력은 한순간에 떠오르는 것이 아니라 계속해서 반복해서 몇일을 생각해야 떠오르는 것 같네요.

  • 라리 2020.10.18 02:17

    네오디뮴 원형자석 두개를 건전지 두개에 깔고 해봤는데 제 구리선은 돌아가지를 않습니다ㅠㅠ 뭐가문제라고 생각하시나요 구리선이 안돌아갈때는? 자석이 너무 적은가요?
    구리선은 자석에 닿도록 만들었고 여러개의 건전지로 시도했으며 구리선말고 피복전선을 벗겨서도 실험해봤으나 전혀미동이없습니다.
    답글

    • 글쎄요. 이건 실패하기가 더 어려운 실험입니다. 위에 제가 설명해 놓은 것처럼 따라 하시면 다 돌아갑니다. 구리선이 자석에 너무 꽉 끼면 안돌 수 있습니다. 그냥 살짝 걸친다고 생각하시면 됩니다.

  • 낡핥웕 2021.08.02 18:45

    혹시 자기장과 전기가 왜 영향을 받는지 알려줄 수 있나요...? 왜 자기장 주위에 전류가 생기는지 너무 궁금하네요....
    답글

    • 이건 한마디로 설명하기 쉽지 않습니다. 그냥 실험 결과라고 보시면 됩니다.
      이론적으로 일반인이 이해하기에는 너무 어려운 내용입니다.
      그래도 알고 싶다면 아래 링크 참고
      https://en.wikipedia.org/wiki/Moving_magnet_and_conductor_problem

    • 낡핥웕 2021.08.03 17:21

      정말 감사합니다!!!! 몇년이 지났는데도 꾸준히 답글 달아주시네요

  • 과학 2021.08.09 19:01

    궁금한 게 있는데요 코팅된 에나멜선으로 하면 왜 잘 안도는지 알려줄 수 있나요?
    답글

    • 코팅된 에나멜선은 전선의 피복처럼 서로 겹쳤을때 전기가 통하지 않게 표면에 코팅이 되어 있습니다. 그래서 피복을 잘 벗긴 후 실험을 해야 합니다. 불가능하지는 않겠지만, 일반 구리선에 비해서 무게가 가벼워 관성을 얻기 힘들 것 같네요.