■교사용 실험 자료실 ■

실험 제목	폐건전지 쥐어짜기			실험 원리	토로이드, 트렌지스터
실험 시간	50분	실험 분야	물리	실험 방법	개별 실험
세트구성물	도안 가, 나, 양면테이프, 건전지와 전지끼우개, 페라이트코어와 긴 전선 2개, 2P커넥터, 4P커넥터, 커넥터용 전선, LED, 트랜지스터, 저항, 엔드캡
교사준비물				학생준비물	펜, 칼, 투명테이프, 폐건전지
실험 결과	폐건전지 쥐어짜기 액자 1개를 각자 완성하여 가져갑니다.
실험팁	TIP 1. 부품(LED, 트랜지스터)들이 맞게 연결되도록 확인하여 주시고, 전기 회로 자체가 바르게 연결되었는지 확인하여주세요. TIP 2. 토로이드의 연결이 매우 중요합니다.

▶ 여러분은 다 쓴 건전지를 어떻게 처리하세요? 쓰레기통에 버리나요? 재활용함에 넣거나 그냥 모아두나요?

다 쓴 건전지에는 에너지가 정말 하나도 없을까요?

학생들이 본인의 경험을 다양하게 발표하게 합니다. 다 쓴 건전지라는 것은 에너지가 하나도 없는 것이 아니라 전압이 줄어 더 이상 일을 하기엔 모자라다는 개념이 있는지 확인해주세요.

토로이드[toroid]

전선에 전류를 흘리면 전선 주위로 자기장이 형성된다. 이 자기장의 형성을 효과적으로 만들기 위해 전선을 원형으로 감게 되는데 직선 원통 형태로 감은 것을 솔레노이드, 원형 원통으로 감은 것을 토로이드라 한다. 이상적인 경우 토로이드 내부에는 자기장이 형성되지만 외부에는 자기장이 0이다.

원형으로 전선을 N번 감은 토로이드에 전류 I를 흘리게 되면 토로이드 내부에 자기장 B는 자기장과 전류 사이의 관계식인 암페어의 법칙을 사용하여 다음과 같은 식이 된다.

B=μ0 N·I/2∏r

여기서 μ0는 자유공간 투자율이라고 불리는 상수이며 다음과 같이 정의된다.

μ0 =4∏10-7Wb/Am

여기서 Wb(Weber)는 웨버라고 하는 자기장의 단위이고, A는 전류의 단위 암페어, m은 길이 단위 미터이다.

이 식에서 보듯이 토로이드 내부의 자기장의 세기는 중심으로부터 거리 r에 반비례한다. 그러나 대부분의 경우에 토로이드 내부에서 자기장이 일정하다고 가정하며, 그 조건은 토로이드 중심에서 토로이드 내부까지 거리 r이 토로이드 반경 a보다 커야 한다. 또 r이 a보다 클수록 외부에 자기장이 없으며 토로이드 내부에도 균일한 자기장이 형성된다. 이 때 자기장의 방향은 전류가 흐르는 방향으로 나사를 돌렸을 때 나사가 진행하는 방향이며 원형을 그리며 토로이드를 돌게 된다.

토로이드는 회로에서 인덕터로 사용하게 되어 유도리액턴스를 갖는다. 일반적으로 토로이드는 솔레노이드보다 높은 인덕턴스(단위 헨리H)를 갖는다. 보통 인덕턴스를 높이기 위해 높은 자기투자율을 가진 물질을 중심에 넣는다. 또한 토로이드를 변형하여 토카막을 만들며 핵융합장치로 이용한다.

[네이버 지식백과] 토로이드 [toroid] (두산백과)