플레밍의 오른손법칙과 왼손법칙

안녕하세요? 오늘은 전기기기의 핵심이론인 플레밍의 오른손법칙과 왼손법칙에 대하여 알아보겠습니다. 이것은 중학교나 고등학교 물리에도 나오는 너무나 유명한 법칙인데 뭔가 헷갈리는 법칙입니다. 오늘도 최대한 이해하기 쉽게 설명해보도록 하겠습니다. 

1. 플레밍의 오른손 법칙

플레밍의 오른손 법칙은 어디에 쓰일까요? 바로 발전기에 쓰이게 됩니다. 수력발전기는 물의 힘으로 수차를 돌리고, 화력발전기는 증기에 의해 발전기를 돌리게 됩니다. 즉, 발전기에 힘이 가해지고 그 힘을 전기에너지로 바꾸게 되는데 이때 사용되는 법칙이 플레밍의 오른손 법칙입니다. 

출처: 위키피디아, http://mrtremblaycambridge.weebly.com/

먼저 발전기는 외부에서 힘이 가해집니다. 따라서 F의 방향은 고정되어 있죠. 그리고 자속밀도 B도 역시 위의 왼쪽 사진에서처럼 고정되어 있습니다. 즉 우리는 유기 기전력 e의 방향만 생각하면 되는 것입니다. 여기서 힘의 방향 F와 자속밀도의 방향 B와 유기 기전력의 방향 e는 서로 간에 모두 수직입니다. 또한, 자속의 방향은 항상 N극에서 S극입니다. 오른쪽 발전기 사진에서 오른손으로 플레밍의 오른손 법칙 모양을 만들어서 대조해 보시면 딱 맞는다는 것을 알 수 있습니다. 먼저 고정된 F와 B를 먼저 맞추게 되면 e의 방향이 자연스럽게 나오게 됩니다. 

또한 여기에서 유명한 공식이 하나 나오게 됩니다. 

여기서 B : 자속밀도[Wb/m2], l : 도체 길이[m],  V : 도체 운동속도[m/s], θ : 자기장과 도체의 운동 방향과 각이 됩니다. 즉 유기 기전력의 크기를 다른 변수들로 실제    로 구할 수 있는 것이지요. 당연한 말이지만 유기 기전력은 자속밀도, 도체의 길이, 도체의 운동속도는 모두 비례합니다. 그렇다면 발전기에서 발전량을 크게 하려면 어떻게 해야 하는지 유추할 수 있습니다. 자석을 더 강한 것을 사용하거나 발전기를 큰 것을 사용하여 도체의 길이를 길게 하거나, 발전기를 더 빠르게 돌리면 발전량이 늘어나는 것이죠.

2. 플레밍의 왼손 법칙

플레밍의 오른손 법칙이 발전기에 사용되었다면 왼손법칙은 전동기에서 사용됩니다. 전동기는 전기를 투입하면 회전하는 것입니다. 그렇다면 전류의 방향 I는 고정되어 있고 자기장의 방향 B 역시 고정이 되어 있습니다. 우리는 힘의 방향인 F만 생각하면 되는 것입니다. 

마찬가지로 힘의 방향 F와 자속밀도의 방향 B와 전류의 방향 I는 모두 수직입니다. 오른쪽의 전동기 사진에서 왼손으로 플레밍의 왼손법칙 손모양을 만들어서 대조해 보시면 역시 딱 들어맞을 것입니다. 요령은 항상 고정되어 있는 I와 B를 먼저 맞추면 최후에 F의 방향이 맞게 됩니다.  

또한 여기에서 유명한 공식이 또 하나 나오게 됩니다. 

여기서 F는 힘, B는 자속밀도, I는 전류, L은 도체의 길이, θ는 자기장과 전류가 이루는 각도입니다. 여기서도 역시 전동기에서 발생하는 힘의 크기는 나머지 변수들에 의해 좌우됨을 알 수 있습니다. 

3. 플레밍의 법칙 암기하는 방법

필자 역시도 플레밍의 오른손 법칙과 왼손법칙이 너무 헷갈렸습니다. 그래서 고심 끝에 만든 단어가 '완전오발'입니다. 완전히 오발(잘못 쏨)을 줄인 것인데 사실 왼전오발하니까 말이 안돼서 완전오발로 만들었습니다. 왼손은 전동기 오른손은 발전기 이렇게 해서 앞글자만 따서 만들었습니다. 혹시나 저처럼 헷갈려서 고생하시는 분들을 위해서 써 보았습니다. 

또한 플레밍의 오른손 법칙은 발전기이고 발전기는 전기를 생산하니까 유기 기전력을 구하는 것이기 때문에 e로 시작하고, 왼손법칙은 전동기의 힘을 구하는 것이기 때문에 F로 시작하게 됩니다. 그리고 왼손법칙은 FBI가 연속으로 나오기 때문에 이런 차이점을 가지고 외우시면 보다 암기가 쉬울 것으로 생각됩니다. 

4. 플레밍에 대하여

위의 사진은 플레밍의 사진입니다. 정확한 이름은 존 앰브로즈 플레밍(John Ambrose Fleming)이고 영국사람입니다. 1849년에 태어나신 분이니 무려 170년 전에 태어나셨습니다. 대학 시절 돈이 모자라서 일과 학업을 병행하는 등 주경야독의 생활을 하였습니다. 학비를 위해 조선소와 증권거래소에서 일했다고 합니다. 

이분은 애초에 연구와 공부를 매우 좋아하는 분이었던 것 같습니다. 평생 100여권이 넘는 책을 썼고 수많은 논문을 썼습니다. 일반사람들은 평생 단 1권의 책을 쓰는 것도 어려운데 100권 이상의 책을 쓴다는 것은 도대체 얼마나 부지런히 살았던 것일까요? 인류의 역사는 이런 천재들에 의해서 계속 발전이 되어 오고 있는 것 같습니다. 

또한 지금은 너무나 보편화 되었지만, 그 당시만 하더라도 대학교에 전기공학이라는 학과가 없었습니다. 그런데 University College London에서 처음으로 전기공학과의 교수가 되신 분입니다. 즉 전기공학의 시초가 된 사람이라고도 할 수 있습니다. 

전기가 어려운 이유는 보이지 않기 때문에 매우 추상적일 수가 있는데 그래서 플레밍은 플레밍의 오른손 법칙과 왼손 법칙을 만들었습니다. 당시에는 플레밍의 오른손 법칙과 왼손법칙이 없었기 때문에 오늘의 이론은 매우 설명하기가 어려웠습니다. 그래서 학생들도 도대체 이해하지 못했다고 합니다. 한번 상상해 보세요. 플레밍의 오른손 법칙과 왼손법칙이 없이 오늘의 이론을 설명한다고 한다면요.

오늘은 플레밍의 오른손법칙과 왼손법칙에 대해서 설명해 드렸습니다. 오늘도 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.