실험으로 함께하는  발명놀이

                                                         강성기 지음 / 도서출판 바른사


제 4 장   한 가지만 응용해도 

 


▶  전동기로 만든 전기

   우리가 가장 많이 사용하는 에너지인 전기. 그러나 이러한 전기의 생산에 대해 자세히 알고 있는 사람은 드뭅니다. 특히 수력, 화력, 풍력 등의 발전은 막연히 물의 힘, 불(증기)의 힘, 바람의 힘에 의해 전기가 생산된다고 생각하는 정도입니다.

   발전기의 모델들이 제한적이며 물의 힘이나 바람의 힘, 증기의 힘으로는 발전이 불가능한 것이기 때문이지요. 그러나 아주 적은 힘으로도 발전할 수 있는 간이 발전기나 전동기를 이용하면 여러 가지 방법으로 전기를 생산할 수 있는 모델을 만들 수 있어 학습 자료로 유용하게 사용될 것입니다.

 

  (1) 간이 발전기
 

필요한 것은

에나멜선(얇은 것), 자석(네오디뮴 자석), 굵은 철심, 꼬마 전구(발광 다이오드)

어떻게 할까요

   [간이 발전기]

1. 에나멜선을 직경 5cm 정도의 크기로 100번 정도 감아 코일 다발을 만든다.

2. 굵은 철심에 베어링을 끼운다.

3. 베어링을 끼운 굵은 철심에 자석을 붙인다.

4. 원형 코일을 끼운다.

5. 원형 코일에 연결된 축을 회전시킨다(원형 코일의 축을 회전시키면 꼬마 전구에 불이 들어온다. 일반적으로 간이 발전기를 만들기는 쉽지 않으나 위의 원리를 깨달았다면 전동기를 이용한 발전을 할 수가 있다. 전동기는 축이 부드럽게 회전하기 때문에 아주 적은 힘으로도 축을 회전시켜 전기를 발생시킬 수 있다)

 

[전동기를 이용한 발전기]

 

1. 전동기에 꼬마 전구(LED, 발광 다이오드)를 연결한다.

2. 전동기의 축을 손으로 회전시키면서 꼬마 전구의 불을 관찰하자.

3. 2개의 전동기를 서로 마주보게 하여 두 축을 연결한다(볼펜심을 5cm의 크기로 잘라 전동기의 축과 축을 서로 끼워 연결하고 2개의 전동기를 바닥에 고정시킨다. 이때 볼펜심 대신에 자전거 공기 주입구의 노란 무시 고무를 잘라 사용하면 아주 부드럽게 연결할 수 있다).

 

4. 1개의 전동기에 꼬마 전구를 연결하고 또다른 1개의 전동기에 건전지를 연결하여 회전시키면서 꼬마 전구의 불을 관찰하여 보자.

 

★ 전동기의 축을 손으로 회전시키면 꼬마 전구에 불이 들어온다. 전동기의 축을 다른 전동기로 연결하여 회전시키면 마찬가지로 꼬마 전구에 불이 들어온다. 전동기와 발전기는 근본적으로 구조가 같으며, 전동기를 이용하여 발전의 원리를 이해할 수 있다.

 

 

 

 

 

 

 

(2) 간이 발전소 만들기

필요한 것은

꼬마 전구(발광 다이오드), 압력 밥솥, 전선, 수족관용 물레방아, 베어링, 전동기(문구점에서 판매하는 전동기로는 전류가 생성되지 않으므로 카세트나 전축에 사용되고 있는 전동기를 이용하는데, 전파사나 청계천의 경우 2,000원 정도임) 전선, 스위치, 휴대용 가스 레인지 등

 

어떻게 할까요

  [수력 발전기]

1. 물통에 나무막대를 걸쳐 고정시키고 전동기를 고정시킨다.

 

2. 전동기의 축에 수족관용 물레방아를 끼워 넣는다.

3. 전동기의 양 단자에 꼬마 전구를 연결한다(꼬마 전구는 전류가 세어야만 불이 들어오기 때문에 발광 다이오드를 사용하면 약한 전류에서도 불이 들어옴을 쉽게 볼 수 있다).

4. 주전자에 물을 넣어 높이 들고 물레방아에 물을 떨어뜨리면서 돌게 해보자.

★ 주전자로 물을 떨어뜨리면 발전기(전동기)의 회전축이 움직여 꼬마 전구에 불이 들어온다.

  [풍력 발전기]
 

1. 전동기에 꼬마 전구를 연결하고 전동기의 축에 프로펠러를 끼워넣는다.

2. 송풍기를 이용하여 전동기 축의 프로펠러를 회전시켜 보자(송풍기 대신 선풍기를 이용하여도 가능함).

★ 송풍기의 공기에 의해 바람개비가 회전하면서 꼬마 전구에 불이 들어온다.

 

 

 

 

 

 

[화력 발전기]

1. 전동기에 꼬마 전구를 연결하고 전동기의 축에 수족관용 물레방아를 끼운다.

2. 압력 밥솥의 증기 토출구에 밸브관을 단단히 연결한다. 이 관의 끝부분은 증기의 분사 구멍을 좁힐 수 있게 구경이 작은 것을 선택한다(유리관의 끝을 좁게 한다든지, 스포이드의 끝부분을 연결하는 방법 등을 쓴다).

3. 증기를 발생할 장치(밥솥)에 물을 넣고 휴대용 가스 레인지로 가열하여 끓인다.

4. 발생하는 수증기를 발전기의 물레방아에 고정해 회전시킨다.

★ 발생하는 수증기가 전동기 축의 물레방아를 회전시키고, 꼬마 전구에 불이 켜진다.

생각해 볼까요?

코일 속에서 자석이 회전하거나 자기장 속에서 코일이 회전하게 되면 전기가 생기게 되는데, 회전에 쓰이는 에너지에 따라 수력 발전, 화력 발전, 풍력 발전, 원자력 발전 등으로 나뉘어 집니다.

물이 떨어지는 힘을 이용하여 수력 발전의 모델을, 공기의 힘으로 바람개비를 돌려 풍력 발전의 모델을, 수증기의 힘으로 회전축을 돌려 화력 발전의 모델을 보여 주고 있습니다.

위의 '간이 발전소'에서 처럼 만들어진 전기는 일반 가정이나 공장 등으로 보내져 우리의 생활에 이용되고 있습니다.

학교에서 모델로 제시되고 있는 자전거용 발전기로는 우리들에게 충분한 학습 효과를 주지 못하지만 전동기는 발전기와 같은 구조를 가지고 있기 때문에 전동기의 축을 손으로 회전시켜 전기를 생산할 수 있는 방법을 이용한다면 개개인이 여러 가지 발전 놀이를 하면서 충분한 학습 효과를 줄 수 있을 것입니다.

번쩍 아이디어 잠깐!

수력 발전을 계속 일으키려면 주전자의 물로는 한계가 있습니다. 어떤 장치를 이용하면 좋을까요? 수족관용 전기 펌프는 어떨까요?

화력 발전의 모델은 위의 장치대로 했을 때 조금 약하기 때문에 꼬마 전구에 겨우 불이 들어올 정도입니다. 좀더 강력한 증기를 발생시킬 수 있는 장치를 생각해 보세요.

전동기에 프로펠러를 매달아 자전거 앞에 꽂고 전선에 연결한 꼬마 전구를 자전거의 뒷부분에 장착한다면 밤에는 자동차의 미등처럼 사용할 수 있고 좀더 큰 바람개비를 붙인다면 바람의 힘을 얻어 꼬마 전구를 밝힐 수 있을 것입니다. 길거리의 상점 간판이나 주유소 등의 장식용으로도 가능할 것 같습니다.

한번 연구해 보세요.