커뮤니티에서도 논란인 이 과학 문제, 직접 실험해봤습니다
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- Опубликовано: 28 сен 2024
- 코일을 '많이' 감는다? '촘촘히' 감는다?
둘 다 가능한 답일까요?
궁금해서 직접 만들었습니다!
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![IQ140 이하는 살아남기 힘든 딜레마 게임 [문과vs이과: 게임이론]](http://i.ytimg.com/vi/5OCEBhPNtsM/mqdefault.jpg)
국문과 연구원 모셔다 놓고 많이와 촘촘하게의 사전적 정의부터 짚고 넘어간 게 좋았습니다
어릴적 학교 시험문제는 (단,) 이 적혀있는 경우가 많았다.
즉, 조건을 한정한 경우엔 교과서적인 답변이 가능하지만 현실의 실제환경에선 오차나 변수가 너무 많아 확정적으로 원하는 결과값을 얻긴 힘들다가 맞는거 같다.
그러므로, 출제자는 출제의도를 확실하게 하기위해 문제의 조건을 주었어야하며(예 : 1미터의 코일을) 수업중에도 정확한 정보 전달을 하였어야 한다.
곧, 선생이 출제 의도는 좋았으나 부족하여 세상을 혼란스럽게 하였다.
제가 트랜스 설계 하고 손으로 감아서 smps용 변압기 등 설계했던 엔지니어인데 그 문제 틀렸었죠. 이론이 틀린건 아닌데 실제로는 제한된 공간에 감아야 하는 경우 촘촘하게 감는다는건 횟수가 증가한다는 말도 되니까요. 촘촘하게나 많이 감는다 모두 맞다고도 할수 있어서 문제가 잘못됬다는 댓글 달았었는데 대대글로 엄청나게 가르침을 받았네요 ㅎㅎㅎ. 그래서 겸험없는 사람들이 어설프게 알면 제일 강한 주장을 함.
안그래도 해당 문제에서 '촘촘하게'가 오답으로 처리된 데에 대해서 저도 물리학자로서 불만이 많았는데 긱블에서 실험적으로 clarification을 해주니 좋습니다. 좋은 실험 감사합니다.
고등학교 교과서에서 ε_tot = N ΔΦ/Δt 라고 나오는 것은 다음과 같은 가정을 기반으로 합니다.
(1) 코일은 N개의 원형 도선이 직렬연결된 회로로 근사할 수 있다.
(2) 코일의 높이(회전축 방향 두께)는 자기장 변화의 characteristic distance에 비해 충분히 작다; 수식으로는 코일의 두께 Δz에 대해 B(z+Δz)/B(z) ≈ 1.
(3) 2로부터, N개 원형 도선은 모두 같은 위치 z에 있는 것으로 가정할 수 있다.
(4) 3으로부터, 어떤 시간 t에서 각 원형 도선의 자기선속 변화량 ΔΦ/Δt 값은 서로 같다.
이렇게 가정하면 각 원형 도선에서 발생하는 기전력이 ε_each = ΔΦ/Δt 로 동일하고, 그러므로 전체 코일에서의 기전력은 N개의 원형 도선에서 발생하는 기전력을 전부 더해 ε_tot = N * ε_each = N ΔΦ/Δt 이 됩니다.
이때 (1)은 항상 참으로 봐도 무방하지만 2, 3, 4는 그렇지 않습니다. 이는 어디까지나 simplifying assumption이고, 아주 특별한 상황에만 맞는 가정일 뿐 모든 상황에 적용될 수는 없습니다. 이를테면 이번에 실험하신 경우에도, 자석이 코일 중간을 통과하는 configuration을 보면 (2), (3), (4) 가정이 맞지 않다는 것을 알 수 있습니다. 달리 말하면 ε_tot = N ΔΦ/Δt 라는 식은 아주 특수한 경우에만 적용할 수 있는 식이고, 보다 일반적인 경우에는 코일을 감는 전선의 길이가 같을 때에 '촘촘하게' 감았을 때 기전력이 크게 발생하는 것이 맞습니다. 그러므로 '촘촘하게'는 정답으로 인정되어야합니다.
그러면 '촘촘하게' 감아도 기전력이 유의미하게 증가하지 않는 configuration은 어떻게 만들 수 있을까요? 다음과 같은 실험을 해보면 이 경우에는 유의미한 차이가 없는 것을 확인할 수 있을 겁니다.
- 자석을 일정한 속도로 평행이동시키지 말고, 대신 일정한 각속도로 회전시켜서 n극과 s극이 번갈아 코일을 향하도록 합니다.
- 자석과 코일간 거리를 멀리 떨어트립니다. (e.g. z = 50 cm)
- 촘촘하고 성긴 코일의 두께는 코일과 자석 사이 거리보다 아주 작게 만듭니다. (i.e. Δz/z
좋은 설명 감사합니다. 촘촘하게 감으면 선속밀도가 증가하규 변화량이 증가하면서 유도기전력에 영향을 주지 않나 궁금해서 막 찾아다녔는데 답을 얻기 어렵더라구요...
결국 법의 판결은 진실과 정의와 거리가 멀다는 사례가 되어버렸네요
잘 보았습니다. 권선관련 제품 생산 분야에 종사하고 있는데 상당히 흥미롭네요. 수업시간에는 단편적으로만 배웠던 페러데이 법칙이 실제 상황에서는 어떠한가에 대해 생각해볼 수 있는 컨텐츠였다고 생각합니다.
한 가지 개인적인 분석을 서술해보자면, 페러데이 법칙은 교과서에서 배울 때에는 유도 기전력을 -(권선 수)*(시간당 자속 밀도 변화율)로 배우게 되는데 이 때 유도 기전력이 권선수에 따른 선형적 증가 경향을 따르는 것은 실제로 자석이 모든 코일 구간에 대해 온전히 영향을 미치게 되는 자석 길이 구간 한도 내에 있어야 보다 엄밀히 성립되는 것이 아닐까 하는 생각이 들었습니다. 아마 국어 연구원 분께서 말씀하셨던 '이상적인' 상황에 해당되겠네요. 그렇기 때문에 동일한 촘촘함을 가진 2가지 코일(아마도 긴 쪽이 총 권수가 더 크겠지요)에 대해서 피크 전압값이 거의 동일하게 나온 것은 같은 촘촘함에 대해 솔레노이드 구간이 길어질수록(즉, 절대 권수가 많아질수록) 자석-코일 관계가 이상적이지 않은 상황이 된다고 볼 수 있을 것 같습니다. 실제로 자석의 자기력이 자석에서 멀어질수록 약해지기 때문에 자석 길이가 한정된 상황에서는 코일의 뒷부분은 자속밀도 변화량이 적어지지 않았나 싶습니다(마지막에 회로 연구원 분께서 말씀하신 자기장 차이가 일정하지 않은 상황에 해당될 수 있을 것 같습니다). 그러므로, '많이' 감은 상태에서 자석의 길이도 같이 늘어나야 피크 전압 및 전류값을 더 크게 가져감과 동시에 0볼트 구간이 단축될 것이라는 예측을 할 수 있을 것 같습니다.
과학은 교과서의 한 페이지에서 공식을 외우고 시험 문제를 맞추는 것을 초월하여 실제로 실험해보고 현상에 대한 이유를 분석하며 결과에 대한 공유와 토론을 하는 것이 보다 의미있는 것이 아닌가 하는 생각이 듭니다. 제작자분들 연구원분들 모두 수고하셨습니다.
손실 전류가 있을 수 밖에 없는 상태에서는 감은 밀도가 자기력에 영향을 미칠 수 밖에 없는데...
같은 길이의 코일을 감을 경우 무조건 촘촘히 감아야 영상처럼 전압차이를 낼 수 있는데...
이게 우리나라의 교육의 현실. 이론을 이해하는 게 아니라 암기하는...해외에서 유학하고 한국와서 느낀 건 학벌 좋은 헛똑똑이들이 진짜 많다였음. 공부는 많이 하는데 지식은 많은데 실속이 없다. 그 근원은 당연히 암기식 학습이고
특히 모교수가 촘촘히가 틀렸다고 한 걸 보고 나는 절망해버렸음. 미국대학에서 원론만 수강한 나도 아는 걸 교수가 모른다고?
참고로 코일의 밀도 문제는 이미 미국 대학에선 물리 원론때 배우는 문제임...
암기따위나 하며 눈앞의, 지금 당장의 성과에만 목메지 않고 학생 및 연구자들이 진실된 진리를 탐구할 수 있게 교육/연구환경이 조성되었으면....
애초에 솔레노이드 자체가 코일을 많이가 아니라 촘촘히 감아져 있는거라 설명 돼 있음 ㅋㅋㅋㅋ 솔레노이드를 왜 촘촘히 감아 놓는가 알아보면 당연히 전류의 세기를 크게 하기 위해서....
대학교 교수도 자기 전공 아니면 착각할수도있죠
그정도로 절망까지 할필요야..
대학교 교수 대부분이 서울대 or 해외유학 다녀온 사람들인데 진짜 모를거라 생각하나요?
@@계피맛단풍쿠키 그거의 반대가 아닐까?
물론 같이 쓸모없는 놈들 취급당한 진짜 연구자들도 불쌍해서 깍는게 맞다곤 안하는데 적어도 이나라가 가난한 이유가 자기만을 위해 떼먹을려고 달려드는놈들이 한둘이 아님 애초에 엄연히 선진국반열에 오른 국가임에도 노벨상이 하나도없다는게 이나라가 과학에 대해 관심이없다는거임 그냥 공학에만 관심이 많고 과학은 관심이없는데 그렇다고 지원한다고 해서 뭐가 나오기라도 했나 그건 또 아니잖아 지금 깍았다고 해서 이때까지 지원했던게 사라지는것도 아닌데 왜 아무런 성과가 없냐 다시 지원 해야겠지만 큰지원일수록 엄격하게 검사해서 지원해야함
마치 민간단체마냥 이권카르텔 세금카르텔 되는건 막아야지
@@ddddsgdsgsdasf 알고선 그런 말을 한거라면 더 문제 아닙니까.....
역사도 마찬가지 입니다. 우리나라 역사 학자들은 오로지 한민족의 역사가 한반도 안에서만 이뤄졌다고만 생각하지 카자흐스탄, 몽골, 중국, 러시아 등을 돌아다니며 역사를 연구하고 그곳에서 찾은 증거를 가지고 설명을 해도 믿지않고 인정 하지도 않죠.
촘촘히가 정답.
많이는 틀렸다고 할 수 있음
도선에 흐르는 전체 전력량을 물어본것이 아니라 전류의 세기를 물어봤으므로 촘촘히가 정답이고 많이는 틀렸음
이번 실험결과에서 보듯 촘촘히 감으면 짧고 굵게 전류가 확 흐르고 성글게 감으면 가늘고 길게 흐름 많이 감아도 성글게 감으면 피크는 치솟지 않는다는 말임
피크를 높이려면 빠르게 통과시켜야 높아질텐데, 그럼 촘촘히 감은 것도 똑같이 빠르게 통과시켜야겠지
'감은 횟수' 에 대한 답을 의도하는 문제였는데, 여기서 숨은 전제는 "일정한 면적 내에서" 였다는 것이지요.
지금 위 실험에서는 감은 횟수를 동일하게 두고 면적을 달리하여 자석을 통과시켰습니다.
실험하고 결과를 도출하는건 좋은데 통제 변인에 대한 설정이 좀 아쉽지 않았나 싶습니다. 그러면 영상이 이렇게 길어질 실험도 아니긴 하지만 눈높이를 맞춘거라 생각이 드네요
@@k-oneMin
감은 수가 적어도 자석이 통과하는 속도가 동일하면 전류의 세기는 커집니다. 이건 당연한 결론입니다.
단위시간당 통과하는 도선의 수가 촘촘히 감았을때가 많기 때문이죠. 따라서 이건 자석이 빠르게 통과하는 것과 같은 결론에 도달합니다.
성글게 많이 감아도 전류의 피크값은 치솟지 않습니다. 다만 전류가 오랫동안 흐르겠죠.
같은 길이라는 전제가 없고, 단순히 흐르는 전류의 세기를 크게 하는 방법이기때문에
많이 감으면 당연히 단위 면적당 선속이 늘어나니까 세지고
지금 저 그림을 참고해서 같은 길이의 구리선의 폭을 좁혀 촘촘하게 만들면 단위 시간당 선속의 변화량이 늘어나게 되죠 (없는곳과 빽빽한 곳)
따라서 둘 다 늘어나는게 맞다고 봅니다
문제에 여러가지 전제가 빠져있네요
이게 맞죠 전제가 필요한데 전제 없이 문제를 내서 여러가지 답이 나올 수 있도록 한게 잘못이죠....
@@JohnsonSmith-h5v 아니에요ㅋㅋ 복수정답의 여지가 없는 문제입니다
전제가없다는것 조차도 문제의 일부니까요 전제가 없으면 모든상황에 맞는 답을 적어야죠
정확히 알고있었다면 교사한테 질문을 하던가 자기가 전제를 만들어서 답안에 작성했겠지요..
@@아임그루트-p8o 시험인데 교사에게 어떻게 질문을 합니까......영상에서도 나왔듯이 더 많이 감은 코일이 촘촘하게 감은 코일 보다 전류 세기가 약한데요....? 왜 복수 정답의 여지가 없는지 설명 좀..??
@@아임그루트-p8o 사지선다형으로 문제를 낼 땐 문제에 오류가 없도록 잘 설계를 했었어야 했는데 문제에 구멍이 있으니 질문 자체가 오류인것이죠. 해외 같으면 주관식으로 답변을 작성하고 선생의 질문의 오류를 지적하면 될텐데 한국은 효율을 위해 그냥 택일 방식이니...
@@아임그루트-p8o그니까 모든 상황에 맞는 답이 없다는 말이죠.
오늘도 좋은 실험영상 감사합니다. 만드신 코일은 만드는데 들인 시간이 아까워서라도 교보재로 남기면 좋겠네요. 이론으로만 알던 것을 실험 결과로 보니까 더 잘 와닿네요.
오! 요즘 학교에서 자기장 배우는데 선생님이 이거 언급하시더라구요 상당히 이수화된 문제라고
한가지 덧붙여서 궁금한게 있습니다.
혹시 촘촘하게와 많이 뿐만 아니라 실험을 하신 김에 자석이 지나가는 단면적의 크기 변화에 따른 전압&전류의 변화가 있을까용?
페러데이의 법칙에 따르면 자석의 세기에 따라 달라진다고 알 수는 있으나 자석의 세기가 같고 코일이 감긴 지름 또는 단면적의 크기가 달라지면 어떻게 될까요??
다른거 다 똑같고 단면적만 다른 튜브관으로 실험할때 자기선속의 변화량이 감소하겠죠. 전압&전류 감소
이론상으로도 전 전류가 생기는 구간이 코일의 입구 출구밖에 없으니 단순히 '세기'를 크게 한다 라는 측면에선 촘촘하게 도 맞네요
한줄요약
똑같은 10m의 코일을 사용할때는 촘촘하게 감는것이 유리하다
법원에서 학생이 틀렸다고 했었던걸로 기억하는데 점수 줘야겠네
결론 촘촘하게가 답이될려면 조건이 붙음. 즉, 안되는 경우도 있음. 감은수는 증가 자체로 답이됨
근데 똑같이 10m의 코일을 감는다면 "많이 감는다"라는 말 자체가 성립이 안 되고...
닥촘
코일의 지름을 작게 잡으면 됩니다.@@dicat16
고딩때 국어시험에서 해당되는 문학작품 제목만 고르는 문제가 있었는데 해당되는 문학임에도 제목에 오타를 넣어서 함정을 파놨던 국어선생님이 생각나네요
혹시 가능하시다면 코일 내부 모든 부분에서 시간당 자기선속 변화율이 같게 만든 조건내에서 실험 해주실 수 있으실까요?
교과서에 수록된 전자기 유도에서는 코일의 내부 자속변화율이 일정하다는 조건 하에 서술된 문장입니다.
실제 패러데이 법칙 또한 그렇게 가정되어 있고요
현실 자석은 자기장이 유효한 거리가 그리 길지 않을뿐더라 거리에 따른 자속변화율이 일정하지 않습니다. 그러나 교과서에서는 그냥 다 유효 범위 안쪽에 있으며 자속변화율이 일정하지 않은 부분에 대해서는 그냥 적당히 넘어가는 편이고요
저 실험 결과는 아마 자석이 유효하게 영향을 끼칠 수 있는 범위가 짧아서 '유효범위 내에 감은수가 많은 케이스'가 유도기전력이 높게 측정된 것 같습니다
아마 코일의 모든 부분에 대해 시간당 자속변화율이 일정하도록 세팅한 뒤에 같은 실험을 진행하게 된다면 다른결과가 나오지 않을까 싶은데 혹시 가능하다면 추가 실험 부탁 드리겠습니다
직접 해보고 싶은데 해당 조건을 만족시키는 실험환경을 갖추는게 쉽지 않네요
나대지마세요
애초에 불가능한 아이디얼한 조건을;;;
그건 극단적으로 코일이 감긴 구획의 길이를 유효구간만 남기고 잘라버리면 될 텐데요
고등 수준에서 배우는 코일은 단위 길이를 고려 안하고 한 지점에 선이 모두 감겨 있다는 이상적인 형태를 가정하고 문제를 풀기 때문에 생긴 논쟁
일단 길이를 다르게 촘촘히와 성글게 실험한 순간부터 당연한 결과.
촘촘히 한 겹과 같은 길이로 성글게 여러 겹 했을 때 결과가 궁금하네요.
와~ 실험 겁나 멋있네요~!! 코일을 겹쳐서 감는 실험이 추가 되어야 할 것 같습니다~!
긱블 ... 맘에 드는 실험을 자주 보게 되네요.
제 생각을 더욱 심도있게 분석 실험을 통해 다양하게 알게 되는군요.
이공계와 문과계 분을 모셔 문장 이해력 부문도 심도있게 다루어서 알차게 봤습니다.
멋진 프로입니다. 지속적으로 발전하는 긱블이 되기를 바랍니다.
중고등학교 선생님들도 결국은 학부수준이라 저런 오류가 있을수있지 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
ㅋㅋ그러네 대부분 학부수준이겠네
걍 간단함
조건을 교과과정 내에서 나오는 상황이라고 가정 하거나 수능 문제들 처럼 다른 요인을 배제 한다는 그런 표현 적으면 오류 해결임
걍 두루뭉실하게 문제를 낸 시점에서 선생이 무능한거임
@@에잉-g4h 이게 맞음
학부 수준도 아니고 물2 수준만 되도 똑바로 생각 박히면 충분히 알내용임. 그냥 교과서 무지성으로 받아들여서 그런거임.
이거 전기기능사 필기시험에도있음 그냥 많이 감는다가 정답인데 저런거는 전기기술사한테 물어보면 신나서 한시간 반동안 열변을 토하면서 설명함. 기술사 임마들 말하는거보면 사기꾼들보다 말을 더잘함.
결국 선생이 틀린거네요 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
@jefmine 16:57
1. 같은 길이라는 전제가 없었고
2. 같은길이에 많이 감아서 전류가 높아진다 해도 어디까지나 전류값이 올라간다는 결과에대한 원인은 촘촘하게 감은것이고 많이 감은것은 전류나 전압에 별다른 영향을 끼치지 않는것으로 보이는데, 촘촘히 감는다를 틀렸다고 처리하는건 확실하게 문제가 잘못된것으로 보입니다.
요샌 그래도 이 실험 시리즈가 제일 볼만한듯
자석의 길이가 짧은게 실험에서 한가지 아쉬운 점이네요. 더 긴 자석으로 실험하면서 자석 길이보다 짧은 범위 내에서 코일을 다양한 방식으로 감아보고 실험할 필요도 있었다고 생각합니다.
(코일의 간격이나 촘촘함이 같은 조건으로)이 실험에서는 많이 감는다고 길이만 늘렸는데 피크전력은 같고 자석이 중간을 지나갈때 0v의 구간만 늘어날 뿐이므로 많이 감은 것을 적게 감은 것 보다 길이만 늘리는건 방법이 틀렸습니다.
길이는 같게 하고 두겹으로 또는 세겹으로 감으면 많이 감는게 전압,전류가 높아지는 것을 실험적으로 증명할수 있습니다.
전자기 유도실험에서 리드스크류로 저렇게 천천히 통과 시킬줄이야.....느린 속도에서도 데이타가 나오는게 신기 하네요.. ㅎㅎ
최고의 실험입니다. 과학이 교과서의 문구따위에 지배당하지 않았으면 좋겠습니다.
교과서가 하라는데로 많이 감아봤자 엉성하게 감으면 전압/전류가 낮게나오네요
자석이 속력이 동일하면 시간이 같다고 가정할때 자석이 그 시간동안 통과하는 감긴 코일의 횟수가 큰쪽이 전류가 더 크겠죠 따라서 촘촘해야 할 것 같습니당
영상 보기 전에 제 생각으로는 균일한 자기장이 증감하는 상황이라고 가정한다면 촘촘히 감아도 의미가 없지만 문제의 상황에서는 자기장이 균일하지 않으니 촘촘히 감는것도 유도전류가 더 강해지기 때문에 복수정답이 되지 않나 싶네요
많이 감다를 더 길게가 아니라 2중 3중으로 두껍게 감았다면 어떤 결과가 나왔을까요 ??
그건 밀도에도 영향을 주는거라 의미 없죠
영상끝에 그것에 대한 답변이 나옵니다
많이 감는다는 조건에 특정한 면적이라는 조건이 추가되면 촘촘하다가 됨.
문제에서 그림을 제시해줬으니 해당 막대에 많이 감는다는 거는 촘촘히 감는다는 거를 포함하는 개념임…
많이 안감는 상태로 촘촘히 감는다고 하려면 코일 감는 간격을 줄인다고 따로 명시해야할듯
보통 많이 감으면 촘촘히 감지 않냐구요ㅋㅋㅋ
그렇죠.
그리고 한번만 감아도 붙여감으면 촘촘히 감은거라고 할수 있죠 ㅎㅎ
@@허재-h2y 한번만 감았는데 어떻게 붙여감을 수 있죠? 레퍼런스가 없는데요
오히려 원통의 길이가 길어지면 많이 감더라도 촘촘하게 안 감길 수 있죠
@@user-ki6bz5hb4l맞네요!
한번으로는 촘촘함을 비교할수 없겠네요. 😂
'보통'
문과적 이과적 지식 둘다 없는 관점에서....보통 촘촘하게 감는다 하면 겹치지 않는다는 느낌이고 많이 감는다 하면 겹쳐서 두껍게 감는다라는 느낌인데...같은 길이에 촘촘하게 감은거랑 두겹이든 세겹이든 많이 감은 것도 같이 실험해봤으면 더 좋았을 듯 하네요
n(단위길이당 감은수, 촘촘한 정도)=N(감은수)/L(솔레노이드길이) 이고, n과 전압(혹은 전류)는 비례합니다. 많이 감는다는 표현은 L의 변화 없이(L의 변화는 따로 언급한적 없으니) N의 크기만을 증가시킨다는 말이되므로 촘촘하게 감는다는 표현과 크게 다르지 않습니다. 그러므로 이는 학생과 선생의 무지에서 비롯된 논쟁이네요
교육과정에서는 누설 자속에 대한 내용은 다루지 않기 때문에 발생하는 오류로 보이네욘. 분명 전기기능사만 해도 배우는 내용인데…
밀도가 낮으면 통과하는 시간이 늘어나서가 아닐까라는 의견을 남깁니다
'이상적인 상태의 코일을 다룬다' 라는 변명은 잘못됐음
일반적으로 '이상적인 상태' 라는 말은
'제시되지 않은 조건은 고려하지 않는 상태'
라고 해석할 수 있으며
'전류의 세기를 크게하는 방법은?' 이라는 질문은
문제에서 제시하는 결과를 도출할 수 있는 조건을
추가로 제시하라는 뜻으로 해석할 수 있음
그에 따라 밀도라는 조건을 제시했을 뿐임
문제의 지시에 따라 제시된 조건은 고려되어야만하며
이는 이상적인 상태를 깨는 것이 아님
밀도를 바꾸는게 이상적인 상태를 깨서 오답이면
많이 감는 것도 동일한 이유로 오답이고
정답따윈 없는 것이 됨
ㄹㅇ 예전에 유튜브에 다른 댓글들때문에 암걸렸었는데 그나마 이런분들때매 항암치료함
오히려 많이가 틀렸음
밀도가 높아지면 피크값이 치솟기 때문임.
많이 감는다고 해서 성글게 감으면 피크는 낮아지게 됨 물론 전체 전력량은 성글더라도 많이 감은게 많아지겠지만
문제는 전력량을 말하는게 아니라 전류의 세기잖아?
@@유레카-b2l 많이감는다고해서 틀린게 아닌게, 이 실험에선 코일이 커버하는 부분보다 자석의 길이가 짧지만, 자석의 길이가 코일이 커버하는 길이보다 충분히 길면 많이 감을수록 피크값도 올라감.
How many plants do you need to breathe? 이거 해주세요. 밀폐된 공간에서 생존하려면 얼마나 많은 식물이 필요한지... 엄청 재밌어보임.
문제가 이상한 건 아닌 게 정답을 서술형으로 쓰는 거였음. 따라서 주어진 조건이 없을 때 답안자는 "어떠한 조건일 때는 무엇이다"라는 형태로 답을 하는게 맞아 보임. 다만, 우리나라 교육이 저런 디테일은 없고 이상적인 상황일 때만을 가정해서 가르치기 때문에 학생 입장에선 사실 어떤 정답을 해도 틀렸다고 보기 힘들듯
좋은 실험 영상 감사합니다! 앞으로도 재밌는 실험 해주세요.
ㅋㅋㅋ 재밌는 주제네요 여욱시
근데 이거 사실 언어 문제라 과연 어떻게 긱블에서 해석했을지가 궁금하네요 ㅋㅋ
촘촘히와 많이 의 사이에서 어떤 걸 통제했을까.. 길이? 횟수? 궁금하다면 다 같이 보시죠 ㅎㅎ
중간에 0v구간이 발생한이유는 코일의 누설자속과 연관이 있을것 같네요
이상적인 솔레노이드 내부의 누설자속은 0입니다
즉 자석이 솔레노이드 내부에 들어가면 자석의 위치와는 무관하게 모든자속이 솔레노이드를 통과하기 때문에
코일내부의 자속변화가 없게되어 전압이 발생하지 않은것 같네요
교과서의 이상적인 상황에서는 많이 감는다 = 한 자리에서 많이 감는다 이고, 많이 감을수록 촘촘함이 자동빵으로 증가하게 되는 거 같습니다.
교과서에서는 많이 감는다라고 했을 때 이 실험처럼 더 길게 감는다는 아닌 거 같습니당 ㅋ 자석의 자기력이 미치는 거리는 한정되어 있으니까요
재미있는 실험 잘 봤습니다.
교과서와 서로 다른 결과가 나온 원인은 자석의 유효 자기장의 거리가 솔레노이드의 길이보다 짧아서 인것 같네요. 그렇기때문에 유효 거리는 솔레노이드 상황과 무관하게 일정할 테고, 그 거리 안에서 촘촘히 감은 솔레노이드가 더 많이 감겨있어서 높은 전류가 측정된것 같습니다. 이 부분에 대새서도 긱블에서 실험을 해 주셨으면...
교과서의 공식은 '모든 고리의 자속 변화율이 같을 때'를 전제한 건데, 자속의 거리에 따른 변화율이 일정하지 않으면 고리 사이의 거리가 영향을 미침
결정적 요인은 감은수가 아닌 간격으로 보는게 맞습니다. 공대적 생각으로는 촘촘하게가 정확한 표현이고 맞다고 봅니다
영상 너무 재밌게 잘 봤습니다!
한 가지 더 궁금한 게 생겼는데요 만약 실험에서 쓰인 자석이 등속운동이 아닌 중력에 의한 자유낙하 상태였다면 실험에 어떤 차이가 생겼을까요? 그랬다면 '촘촘하게'와 '많이'에서 유의미한 차이가 있었을지..
패러데이 법칙과 전류에 의한 자기장의 영향 때문에 자기선속에 유의미한 차이가 생길지 궁금해졌네요!
영상 재밌게 잘 봤습니다!
매우 좋은 질문인 것 같습니다. 에너지 보존 법칙을 활용해서 지면에 닿는 최종속도를 비교해보면 될 것 같네요.
@@이민재-m4i 오호 에너지 보존 법칙을 생각하면 결국 일반적 에너지의 합이 유지된다는 것을 가정하고 풀이했을 때 최종 속도에서의 차이가 결국 전기에너지로 변한 것일 테니, 그것으로부터 생성되는 전류의 양에 차이가 있음을 유추할 수 있겠네요!
@@Enemes_str 네 그런데 식으로 유도하지 않는 이상 생각해보니 변수가 너무 많아서 단순히 판단하기 쉽지 않을 것 같네요
@@이민재-m4i 그래도 교과과정상 대부분 공기저항을 가정하지 않기 때문에 독립변수에 따라 결과 그래프를 통해 '차이가 있음'만 발견한다면 에너지와 운동량의 관계라든가 가속운동 상태에서 패러데이 법칙의 적용 양상 변화 정도는 가르칠 수 있을 것 같아요
물론 이것을 식으로 확인하는 과정은 너무 복잡하고 여러 변수의 복합적인 관계에 놓여있을 것이기 때문에 좀 더 고등교과에서 다루는 것이 맞겠죠?
저도 물리를 공부한 사람으로서 지금은 과학 교육이 많이 바르게 바뀌었을 거라 생각 되는데
옛날에는 엄밀한 정의나 조건을 무시하고 가르친 경우가 많았죠
예를 들어 피사의 사탑에서 자유 낙하 실험을 했고 무거운 물체나 가벼운 물체가 동시에 떨어 진다고 많이 들었고 그걸 믿었죠
그러나 피사의 사탑 같은 공기 중에서는 있을 수 없는 일이죠 중력 가속도가 모든 물체에 동일 하게 작용한 다는 것도 중요 하지만
그 현상이 아무런 저항이 없는 진공 중에서 만 일어 난다는 실험 조건을 가르치는 것도 과학을 대하는데 매우 중요 하다고 생각 합니다
성글게 감은 코일은 길이로 인해 델타T가 커지게 되니 턴 수(델타 파이)가 동일할 때 성글게 감은 코일의 기전력이 더 낮아질 수 있다고 이론적 해석이 가능할 것 같습니다, 결과적으로 맞다고는 하나 문제가 의도한 정답이 아니라는 점이 문제가 되는 것이겠지요
영상에서 설명이 부족한데
자기선속이라는것은 자석에서 뿜어져 나오는 자기장의 세기입니다
플라스틱 판 위에 철가루를 뿌리고 밑에 자석을 댓을때 곡선으로 철가루가 모이는 실험을 어릴때 해보신 경험이 잇을겁니다
그 곡선을 자기력선 이라 하고 그 세기가 셀수록 곡선들이 촘촘하게 나타납니다
자기선속의 변화량이라는것은 어떠한 평면을 지나가는 자기력선의 수 변화량을 말하고 촘촘할수록, 자석이 빨리 지나갈수록 시간당 변화량이 커지는겁니다
코일의 간격이 촘촘하면 자석을 빨리 움직이는 것과 같은 효과를 얻을 수 있죠 예를들어 10개의 표식을 10초에 지나야한다고 가정할때 0.5m간격이면 속도가 0.5m/s면 충분하지만 1m 간격이 되면 속도가 2배가 되는것처럼요
선생이 의도한 것은 더 많이 감으면 간격이 줄어드는것이고 학생의 촘촘하게 감는다는것은 감은 수는 유지하고 간격만 촘촘하게로 해석한것으로 보입니다만 더 많이 감는다는 것도 '같은 길이의 코일'라는 전제가 없으므로 해석의 여지에 따라 틀렷다는것도 모순이 됩니다
선생이 주장한 많이 감는다에 같은 길이라는 전제가 깔리면 학생이 촘촘하게 감는다는 것은 많이 감는다와 동일한 의미이기 때문이죠
전류는 전하의 양을 나타내는 단위이므로 전류의 "세기" 라는 단어가 어색하다고 생각합니다.
문제를 도선에 흐르는 전류의 양을 증가시키기 위해서는 어떻게 해야 하는가? 혹은 도선에 흐르는 전류의 전압을 높이기 위해서는 어떻게 해야 하는가? 라는 질문으로 해야 더 정확할 것 같습니다.
그리고 실험 결과가 이론과 다른 이유는
이론에서는 연속적인 자기장 안에서 시행하지만, 실험에서는 1개의 자석을 움직여서 시행했기 때문이 아닐까 추측해봅니다. 만일 연속적인 자기장을 만들어서 실험했다면 이론에 가까운 값이 나오지 않았을까 추측해봅니다. 다만 시험문제 그림은 실험과 동일했기 때문에 실험 결과가 정답을 유추하는데 더 적합한 것 같습니다.
결론 : 시험 문제 지문에서 단어 선택에 실수가 있었고, 시험 문제 그림이 교과 과정에 나오는 이상적인 코일과 달랐기 때문에 이론에서 배우는 내용과 실험 결과가 달랐다.
저는 이렇게 추측합니다.
간격을 동일한 상태에서 감은 횟수에 대한 전압을 비교할때 0볼트 구간 길이 차이가 확인 되었다면 자석과 코일구간 길이의 상관 관계가 있다고 보여집니다. 자석 길이대비 0.2 0.5 1.0 2.0 등의 코일구간 길이를 비교해보는 실험을 하지 않는다면 엉뚱한 결론을 낼 가능성이 매우 높아 보입니다. 지나가던 이과 아저씨가.
모터 또는 자석 관련 연구실에 fluxmeter라고 있을겁니다. 그걸로 측정하는게 가장 정확할겁니다
촘촘은 밀도 많이는 수량 동일한 물체의 수량은 질량과 정비례, 밀도 = 질량/부피 따라서 질량과 밀도 또한 비례함으로 부피의 조건이 같다면 둘 표현은 같다고 볼 수 있다고 생각합니다. 부피가 다르다면 실험결과 밀도가 영향을 미친다는 표현이 적합해보이고 예상으로는 둘다 영향이 있다고 봐야겠네요
가장높은 효과를 얻으려면 어떻게 감아야하는지에 대해서도 찾아보는 과정을 거쳐볼수있을거같은데?! 재밌당
많이 감는걸 한줄로 옆으로만 많이 감아서 두꺼워지면 전류의세기가 커지나? 안 커질꺼같은데 실험해줫으면 좋겟다.
커질거에요 대용량 모터는 적게는 10겹, 많게는 30겹 이상 겹쳐서 감습니다.
커져요.
겹쳐 감으면서 고리 지름이 커지면 고리 하나가 만드는 기전력(전압)이 줄어들긴 하는데, 실질적으로 무시 가능한 수준입니다.
일반적인 수준에서는 겹쳐감으면 감은 수에 말 그대로 정비례한다고 생각해도 좋습니다.
2줄로 2천겹 감으면 어떻게 되나요
@@Arctic486
그 정도 두께면 감은 수에 정비례하지는 않는데 커지긴 함
이렇게 실험했었구나 촘촘하게 감은것은 구리관에 자석을 통과시킨다고 생각해도 무방할텐데 허나 이러한 실험은 아주 칭찬합니다
코일이 길어지니 중간에 0V 구간이 생기는 것은 생각지 못한 부분인데, 교과서에서 배운 것과 다른 결과가 나와서 아주 흥미롭게 봤습니다.
다만, 중간에 0V 구간이 생기지 않을 정도의 폭으로만 코일을 만들었다면 교과서에서 제시한 것과 같이 많이 감은 코일에 전류가 많이 흐르지 않았을까 생각이 듭니다.
같은 10cm 폭에 촘촘하게 한겹으로 감은거랑 2겹, 3겹으로 감으면 전류가 2배, 3배 많아지나요? 아니면 1.5배, 1.8배 정도로 많아지나요?
그리고 같은 질량으로 구리선의 두께가 얇은걸로 감은거랑 두꺼운 걸로 감은거랑도 얼마나 차이가 날까요?
"자석과 여러 겹 솔레노이드 사이의 상호 인덕턴스에 의한 자기력 연구" 요거 논문 있는데 보면, 자기력으로 나오긴 하는데 겹치는or굵기말곤 통제해놔서 전류or전압이라고 결과를 봐도 무방할거예요.
자기장 세기 요인을 빼면 결국 코일 밀도이므로 교육과정과 다르지 않은듯. 학교실험실 코일은 길이가 같은 것으로 실섬하는데 문제의 지문에서 해당변인을 제한하지 않아서 생길 오류!
실험 유익합니다. 정말 직접해보고 싶었는데 방법을 공유해주시면. 오실로스코프 사용부터 어렵지요!
재밌습니다
잘봤습니다
이게,, 식을 풀어보면,, 단위 길이당 감은수가 나오기때뭄에 촘촘하게 감으면 커질 것 같아요 단위길이안에서 촘촘하다는건 많이 감은거니깐요,,
싸우지 말고 ‘촘촘히 많이 감아’로 통일해 ㅋㅋㅋ
어찌보면 당연한 결과인게
성글게 한것보다 촘촘한게 N(감은수)의 영향의 차이가 아닌
선속 변화 T(시간)의 차이가 발생하기 때문이 아닐까 싶네요
3가지 실험 조건에서 원통에 감은 거리?는 같아야하고
많이 감는건 권선의 층수(두께)를 달리해야 하는것 아닌가?
영상에서 촘촘함과 많이는 다를게 없는게 아닌가?
결국 10m를 촘촘히 감은 것과 20m 성글게 감은것 중 촘촘히 감은게 전류의 세기가 더 커진다 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
일단 옴의 법칙 전류(I)=전압(V)/저항(R)에서 저항 값이 일정하다면 전압이 높을수록 전류의 크기도 크게 됩니다. 결국 이 문제는 전압이 높아져야 하는데 코일을 감은 밀도와 자석의 왕복속도에 따라 변하게 됩니다. 자석의 왕복속도가 높아지고 코일을 감은 부위가 촘촘하고 턴수가 많아야 전류의 크기도 커지는데 문제 자체가 좀 많이 우문이라고 볼 수 있겠습니다.
실험 시작전 모터가 비싸서 느린걸썼고, 빠르게 했으면 전압이 커서 비교가 쉬웠을거라고.. 거기서부터 이미 답은 나온거죠..촘촘하게 감은건 빠른 모터를 쓴거랑 동일한 효과이니깐..
이거 관련해서 대학교수님들이 많이가 맞고 촘촘하게는 틀리다 라고 답변을 하기도 하고 결국 틀린것으로 인정되었다고 기억하는데 실험에서는 촘촘하게 감은것이 유도기전력이 높게 나오는 것이 의외네요
촘촘히 감는 것은 그림 보면 5바퀴 감긴 것을 더 조밀하게 5바퀴 감는다는 뜻이고 많이 감는다는 것은 말 그대로 저 5바퀴보다 많이 감는 다는 것 아닌가요?? 답이 애매할리가 없을 것 같은데
100미터 원통에 10바퀴 감은 후 자석을 이동시킬 때와 10센치 원통에 9바퀴 감은 후 자석을 이동시킬 때 발생하는 유도기전력이 어느쪽이 클까요?
@@hjk7276 원통이 왜 달라지나요 문제에서 달라진다는 얘기도 없는데
문제에서 자속 변화율이 일정하다고 가정해야 '많이'가 정답이 되겠네요.
재밌는 실험이네요 ㅎㅎ
촘촘히 짧게 감은거랑 그 위에 한번 더 촘촘히 감으면 어떻게 되는지 궁금하네요 그러면 정말 촘촘히 감는것과 많이 감는것과 차이를 알 수 있을 것 같아요
자석이 코일 안으로 들어왔을때는 자기선속의 변화량이 줄어든다는 것은 알고 있었습니다. 그걸 해결하기 위해 코일이 감긴 길이와 비슷한 길이의 자석을 이용하는 것이 이상적이죠.
결국 저기서 나오는 "전류량"은 운동에너지를 전기에너지로 변환한 것이기 때문에 운동에너지가 손실된 만큼의 전류가 생겼을 것입니다. 아마 이건 학교에서 과학시간에 배운걸 기억하고 있다면 다들 알고 있을 내용이 아닐까 싶네요. 실제 실험상황에서는 열로 인한 손실 등 변수가 훨씬 많을겁니다.
와 이걸 검증하다니 ㅎㅎㅎㅎ 대단하네요 ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
긍까 정답만 얘기해줄게
저 문제 자체로 봤을때 리미트로 보내버리면 쉬워짐
감는 수에 제한 없이 많거나 촘촘하면
저 길이가 그림처럼 제한이 되어있다면
결국 많음=촘촘해짐
이 되어서 정답처리해야됨ㅋㅋㅋ
전기공학, 전자공학
또는 물리학 시간에 배우는 전자기 유도.
코일의 자기.
코일을 감는 시작점과 끝점이 동일하다는 가정하에 코일을 감기 시작한다면 촘촘하게 감기 위해선 성글게 감은 코일에 비해 더 많은 양의 코일을 사용하기 때문에 촘촘하게도 맞는게 아닌지...
플레밍의 왼손법칙을 이용한 실생활에 필요한것과 공조시스템및 에어컨시스템에 이론과 원리 그리고 실험하는과정까지 알려줘요
코일을 성글게 감고 자석이 지나가는 속도를 그만큼 빠르게 한다면 어떻게 되나요? 성글게 감을수록 자석이 지나가는 속도에 대한 보정이 있어야할거같은데요.
물론 문제에는 자석의 속도에 관한 내용이 없으므로 촘촘하게가 정확한것 같습니다.
문제에 대한 답에서 실험 결과를 봤을때 촘촘하게 감는다도 맞는 말이네 ㄷㄷ
ㄴㄴ 촘촘하감는다'도'가 아니라 '만'임
오늘 영상 재밌었다
아니 RC카 대전영상 언제 옵니까..!!
지금 그영상만 기다리는데!!
코일을 감을때 3D로 나사선을 출력해서 감으면(전동드라이버 활용)편합니다.
제 생각엔 촘촘히 감든 많이 감든 필요없습니다. ㅈㄹ게 막 비비는게 제일 중요
실험에 대한 얼굴에 즐거움이 나오네요 ㅎㅎ
1m의 코일을 지름이 2cm고 길이는 5cm인 원기둥에 촘촘하게 15바퀴 감은거랑 지름이 같고 길이는 2m 되는 원기둥에 2m의 코일을 기둥의 끝에서 끝으로 1바퀴 감으면 후자가 전자보다 더 많이 코일을 감았지만 흐르는 전류의 세기는 촘촘하게 감은 전자에서 더 크지 않을까?
옆으로 촘촘하게 말고도 겹겹이 두껍게 감았으면 어떤 값이 나왔을지 궁금하네요
단위 면적당 감는 횟수가 동일하다보니 촘촘하게 감았을땐
많이 감으나 적게감으나 동일하게 나오나 보네요
만번을 감으나 열번을 감으나 촘촘하게만 감는다면 유도기전력은 같은값이 나올까요?
완전히 이해했습니다! 촉촉한 코일보단 안촉촉한 코일이 더 맛있다는 것이군요?
총 발생 전력량도 궁금한데... 총 전력량은 감은 수에 비례하는거겠죠?
패러데이 법칙에서 N값이 단순히 감은 횟수가 아니라, 단위길이당 감은횟수로 배웠는데, 여기서는 그냥 감은횟수로 나오네요.
15:50 자동자막 '성기야 촘촘하니' ㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋㅋ
이런 실험들 좋아요. 촘촘히 많이 감아야 한다는것이 정답이네요.
많이 : 크기 성질,
촘촘 : 세기 성질
크기 성질, 세기 성질 구분 잘 해야 합니다.
2번 촘촘히 감은거랑 200번 성글게 감은거랑 비교한다면?
실제 실험응 하지않고, 교과서를 외우는 교육의 문제이죠. 교사가 배우기를 그렇게 배우고 외운 상태에서 의문을 제기하지 않았던 것이 문제입니다. 그 교사는 단순 강사의 수준인 것이고, 학자의 수준은 아니었기 때문에 문제를 그렇게 제출하고 답을 보고 그렇게 오답처리한 것입니다. 실제 자석이 코일을 지날때 높은 값을 내기 위해서는 그 스팟의 코일이 많아야 하는 겁니다. 그 부분을 생각하지 않고, 전제를 무시한 상태에서 단순히 코일을 많이 감는다고만 외우니 사건의 결과가 나오는 겁니다...^^
나는 앞으로,
기초과학에서
응용과학으로 이어지는
젊은 과학 공학도들의 긱블만 지지하고 응원할 것이다.
물리, 화학, 생물, 지구과학.
모든 과학과 수학 그리고 그에 파생된 공학을 나는 사랑한다,
같은 길이의 도선으로 한다면 촘촘하게 감는게 맞아 보입니다
촘촘히 감으면 단위시간당 자속의 변화가 많아져서 기전력이 커진다 라는 논리가 맞는거죠?
걍 국어적해석 할필요도없이
"많이 안감는게아닌 똑같은 선길이를 촘촘히 감는다"해도 유도전류는 늘어남
코일원 하나에 자석이 통과할때 생기는 유도전력이 사인파를 그리잖슴?
이걸 코일이 여러번 감기면 그사인파가 여러개 늘어지면서 생기는거고 그걸 합하니까 유도 전력이 크게 나오는거임
근데여기서 t의 시간 가로축을 잘 생각해야됨
촘촘히 안감으면 코일 원 하나하나가 만드는 사인파가 넓직히 군데군데생기는거고, 촘촘히 감으면 그 사인파가 밀집되게 나타나는거
사인파가 밀집되잇으면 각사인파의 최고점들이 잘모여잇어서 그걸 합하면 결국 크게 나오는거고, 안그러면 최고점들이 널찍히 떨어져잇으니 크게안나오는거
0~360도 사인파 10개를 넓직히 배치하고 합친거랑 촘촘히 배치하고 합친거의 차이를 생각해보면됨
궁금해서 그러는데 모든 비교의 시작점 데이터인 "성글고 짧은" 것은 왜 따로 안만든건가요?