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[섭섭박사의 메이커스쿨] 무선 충전 조명등 만들기

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2018년 04월 06일 11:50 프린트하기

휴대 전화, 스마트 패드 등 일상에서 사용하는 휴대용 전자 기기가 점점 늘어나고 있어요. 더불어 충전기의 수도 늘어나고 있지요. 이 때문에 복잡한 선 없이 기기를 충전할 수 있는 무선 충전 기술이 주목 받고 있답니다. 이번 메이커 스쿨에서는 무선 충전 조명등을 만들어 볼 거예요. 섭섭박사님과 친구들은 과연 무선으로 조명을 켜는 데 성공했을까요?

 

도전에 참가한 섭섭박사님과 어린이과학동아 친구들
도전에 참가한 섭섭박사님과 어린이과학동아 친구들

 

● 만들어 보자! - 무선 충전의 원리를 알아내라!

 

무선 충전은 전자기기에 전선을 연결하지 않고도 전력을 공급하는 걸 뜻해요. 그래서 무선 충전 기술을 선 없이 인터넷에 연결하는 ‘와이파이’에 빗대어 ‘와이파워’라 부르기도 하지요.

 

정해진 곳에 주차하면 무선으로 충전되는 전기버스.
정해진 곳에 주차하면 무선으로 충전되는 전기버스.

무선 충전의 원리는 무엇일까요? 가장 흔히 쓰이는 건 ‘전자기 유도 방식’이에요. 휴대 전화를 올려두기만 하면 충전이 되는 무선 충전 거치대를 예로 들어볼게요. 우선 무선 충전 거치대(충전기)와 스마트폰 안에는 각각 전선이 동글동글 감겨 있는 ‘코일’이 들어 있어요. 충전기를 전원에 연결하면 충전기 속 코일에 전류가 흘러 자기장이 발생하지요. 그럼 이 자기장이 충전기 위에 올려둔 스마트폰 속 코일에 영향을 미쳐 전류를 발생시켜요. 바로 이 전류가 스마트폰을 충전한답니다. 이렇게 코일 주변의 자기장이 변할 때 코일에 전류가 흐르는 현상을 ‘전자기 유도’라고 해요. 보통 이런 방식에 의한 무선 충전은 충전기와 스마트폰 사이의 거리가 1cm 내로 가까워야 잘 된답니다.

 

목표인 휴대전화 휴대전화 무선 충전기의 모습 - 어린이과학동아 7호 제공.
목표인 휴대전화 무선 충전기의 모습 - 어린이과학동아 7호 제공 

 

 

 

 

● 본격 메이킹 비법 - 나만의 무선 충전 조명등 만들기

 

비법 1. 전선을 동그랗게 감아라!

 

구리선을 돌돌 감아 만든 코일의 모습.
구리선을 돌돌 감아 만든 코일의 모습.

친구들은 ‘전자기 유도 방식’으로 무선 충전 조명을 만들었어요. 이를위해 가장 먼저 실패처럼 생긴 받침대 주변에 전선을 돌돌 감았답니다. 그런데 왜 전자기 유도를 일으키기 위해서는 전선을 동그랗게 말아야 하는 걸까요?

 

전자기 유도에서는 방향이 중요해요. 전선에 전류가 흐르면 주변에 자기장이 생기는데, 전선이 어느 방향으로 감겨있는지에 따라 자기장의 방향도 바뀌지요. 전선이 직선이면 자기장은 전선 주변에 동심원 모양으로 생겨요. 전류가 위로 흐를 때, 시계 반대 방향으로 만들어진답니다(위 그림 참고). 따라서 전선을 감아 코일로 만들면, 자기장의 방향이 모두 같아 훨씬 강한 자기장을 만들 수 있지요.

 

이 때문에 친구들은 무선 충전 조명의 받침대를 만들면서 전선을 감기 시작한 곳과 다 감은 뒤 끝난 지점에 테이프를 붙여 표시해 두었어요. 그래야 전선을 감은 방향을 기억해 두기 편리하답니다.

 

비법 2. 전선 짝꿍을 잘 지어라!

 

우리 주변을 구성하고 있는 물질들에는 (-) 전하의 성질을 띠는 ‘전자’란 입자가 들어있어요. 평소 전자는 가만히 멈춰있지 않고 활발하게 이리저리 움직이지요. 하지만 우리가 플러그를 연결하는 순간, 또는 건전지를 연결하는 순간 전자는 전선을 따라 같은 방향으로 흐르기 시작해요. 이게 바로 전자의 흐름, 즉 ‘전류’가 된답니다. 또 이 전류가 만들어내는 에너지가 ‘전기’지요.

 

 

이렇게 전류를 한 방향으로 흘려 보내기 위해 주의해야 할 것이 있어요. 바로 조명등을 조립할 때 전선의 방향에 따라 짝꿍을 잘 지어주는 거예요. 특히 DIY 무선 충전 조명 만들기에서는 건전지, 전선, 트랜지스터 부분의 전선이 각각 분리돼 있어 더욱 유의해야 한답니다.

 

기자단 친구들은 섭섭박사님의 도움으로, 전선의 색깔을 눈여겨보며 조립해 나갔어요. 덕분에 모든 친구가 무선 충전 조명을 켜는데 성공했답니다.

 

 

● 내가 만드는 메이커 스쿨 - 살포시 올려두면 조명이 반짝!

 

기자단 친구들은 무선 충전 받침대와 조명을 각각 만들었어요. 받침대 위에 조명을 살포시 올리자 조명에 불이 반짝하고 켜졌지요.

 

이때 친구들이 받침대 위에 조명을 아무 방향으로나 올리면 불이 들어오지 않았어요. 오직 받침대 위에 조명을 수평으로 올려두었을 때만 불이 켜졌죠. 이는 받침대와 조명에 각각 들어있는 두 코일의 방향이 맞아야 전자기 유도가 제대로 일어나기 때문이랍니다.

 

 

친구들은 다시 한번 전자기 유도의 원리를 익히고, 다른 무선 충전 제품들도 디자인 해 보기 시작했어요. 무선 휴대전화와 청소기 등 각자가 원하는 무선 충전 제품을 쓰고 그려 보기도 했지요.

 

메이커 스쿨에 참여한 김범수(서울 등양초 1) 친구는 “올해 초등학교에 입학해 혼자 자기 시작했는데, 오늘 만든 무선 충전 조명으로 쉽게 불을 켜고 끌 수 있으니 무섭지 않을 것 같다”고 말했답니다.

 

 

 


참가자 명단 : 김범수(서울 등양초 1), 박재형(서울 신중초 3), 우현지(용인 신릉초 3), 이예린(서울 세검정초 4), 이채원(서울 신석초 4), 최지오(서울 명원초 3)

사진 : 신수빈 기자

도움 : 과학동아몰

 

*출처 : 어린이과학동아 7호(4.1발행)

 

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