안녕하세요! 풍류박사 류박사입니다~
오늘은 우리가 매일 사용하지만 정확한 원리는 잘 모르는
무선충전과 신용카드/교통카드 태그의 작동 원리를
과학적으로 깊이 있게 알아보는 시간을 가져볼게요.
1. 무선충전의 원리 – 자기장이 전기를 만든다고?
무선충전은 자기장을 이용해 기기 간에 전력을 전달하는 기술입니다.
이 원리는 19세기 과학자 마이클 패러데이(Michael Faraday)가 발견한
전자기 유도(Electromagnetic Induction) 현상에 기반합니다.
🔍 패러데이의 전자기 유도 법칙
도선이 변화하는 자기장 속에 있을 때, 도선 안에 전류가 유도된다.
공식으로는 다음과 같이 표현돼요: (고등학교 때 다들 배우셨죠??)
고등학교 물리학 수준의 공식
V: 유도기전력,N: 코일의 감은 수,Φ: 자기선속,t: 시간...죄송합니다.
2. 무선충전기의 구성과 동작
기본 구조
- 송신 코일(Tx coil): 무선충전기 내부
- 수신 코일(Rx coil): 스마트폰이나 기기 내부
작동 순서
1) 송신 코일(Tx coil)에 고주파 교류전류를 흘리면 변화하는 자기장이 만들어집니다.
2) 이 자기장이 근처에 있는 수신 코일(Rx coil)에 도달하면,
3) 패러데이 법칙에 따라 수신 코일에서 전압이 유도되고,
4) 그렇게 생성된 전기가 배터리를 충전합니다.
3. 무선충전 규격
- 주파수 대역: 일반적으로 100~300kHz
- 충전 거리: 보통 5mm ~ 1cm
- 효율: 정렬이 정확할수록 효율이 높음 (코일 간 간격 & 위치 중요)
이 원리를 바탕으로 무선전력협회( Wireless Power Consortium)에서 만든 표준이 바로 우리가 많이 쓰는 Qi(치) 규격입니다.
Qi 규격 로고
- Qi 규격
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항목
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내용
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사용 원리
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전자기 유도 방식
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주파수
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110 ~ 205kHz
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출력 전력
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5W ~ 최대 15W
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특징
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스마트폰, 무선 이어폰 등 다수 기기 호환
|
Qi 덕분에 기기 브랜드가 달라도 무선충전기를 공유할 수 있는 거죠!
4. 그렇다면, 신용카드나 교통카드 태그는 어떤 원리일까?
무선충전처럼 선 없이 동작하지만, 목적이 다릅니다.
무선충전은 전기를 보내는 기술, 카드 태그는 정보를 주고받는 기술이에요.
카드 태그의 원리 – RFID와 NFC
신용카드, 교통카드, 출입카드 등에 사용되는 기술은
RFID (Radio-Frequency Identification),
혹은 더 근거리 버전인 NFC (Near Field Communication)입니다.
RFID는 바코드, NFC는 카드 같은
📡 RFID/NFC 기술 비교
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항목
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RFID
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NFC
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거리
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수 mm ~ 수 m
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보통 10cm 이내
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통신 방향
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주로 단방향
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양방향 가능
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대표 예시
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물류관리, 출입통제
|
교통카드, 스마트폰 결제
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5. 카드 태그의 작동 방식
1) 단말기(리더기)에서 고주파 자기장을 발생시킵니다.
2) 카드 내부의 코일이 자기장을 받아 미세한 전력을 만들어냅니다.
3) 이 전력으로 카드 안의 칩(IC)이 작동하여 저장된 정보를 전송합니다.
4) 단말기는 이 정보를 읽어 인증하거나 결제 처리를 해요.
즉, 리더기의 자기장이 전원을 공급하고, 카드는 정보를 되돌려주는 구조입니다.
→ Apple Pay, 삼성페이의 NFC 모드, 대부분의 안드로이드 페이 앱은 이 방식이에요!
※ 무선충전과 카드 태그에대해 간단히 정리하면...
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기술
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목적
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원리
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거리
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무선충전
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전력 전송
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전자기 유도
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근접 (5~10mm)
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카드 태그
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정보 통신
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전자기 유도
+ RFID/NFC
|
근거리 (1~10cm)
|
무선충전과 카드 태그, 겉보기엔 전혀 다른 기술처럼 보이지만,
모두 전자기장을 이용한 과학 원리로 작동한다는 점!
신기하지 않나요?
일상 속에서 당연하게 사용하는 기술들에
이렇게 멋진 과학이 숨어 있답니다!
그럼 다음에도 재미있는 생활 속 과학으로 찾아오겠습니다!
궁금한 생활과학이 있다면 댓글에 남겨주세요~
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