스마트폰을 충전할 때 보조배터리를 통해 유선 충전을 하면 스마트폰 사용 중에도 배터리 잔량이 조금씩 올라가는 것을 볼 수 있다.
하지만 보조배터리를 스마트폰에 갖다 대어서 무선 충전을 하면 충전하기 전보단 배터리 잔량이 덜 떨어지지만 계속 떨어졌다.
무선 충전을 할 때는 스마트폰과 보조 배터리가 핫팻 처럼 열이 엄청 나는데도 불구하고 충전이 매우 더딘 이유가 궁금해서 무선 충전의 원리에 대해서 조사해 보았다.
무선 충전의 원리는 여러 방법이 있지만 전자기 유도 방식과 공진 유도 방식을 사용하는 무선 충전 원리를 찾아 보았다.
1. 전자기 유도 방식
먼저 전자기 유도 법칙의 현상을 발견한 패러데이의 전자기 유도 법칙의 정의는 다음과 같다.
- 패러데이 전자기 유도 법칙 [Faraday's law of electromagnetic induction] - 나무위키 정의
고리 모양의 도선으로 만들어진 코일을 통과하는 자기장이 시간에 따라 변하면 코일에 전류가 유도되는 현상을 전자기 유도하고 한다.
1831년에 영국의 물리학자 패러데이는 실험을 통하여 이러한 현상을 발견하고, 이것을 코일을 통과하는 자기선속의 시간에 따른 변화가 코일에 유도기전력을 발생시키기 때문이라고 설명하였다.
이 법칙을 패러데이의 이름을 따서 패러데이 전자기 유도 법칙 이라고 한다.
기본적으로 무선충전이 가능한 스마트폰은 스마트폰 내부에 코일형태의 금속이 있다.
또한 무선 충전이 가능한 충전 패드나 보조 배터리에도 코일이 장착 되어있다.
무선 충전이 가능한 보조배터리와 스마트폰을 접촉 시켰을 때, 보조배터리에 충전된 전력이 보조배터리의 코일에 흘러 보조배터리 주변에 자기장이 생기는데 스마트폰의 코일이 그 자기장에 반응하여 전력을 생성하여 스마트폰이 충전 되게 된다.
2. 공진 유도 방식
두번쨰로 공진 유도 방식이 있는데 공명 현상을 이용하여 전력을 전송하는 방식이다.
공진 유도 방식의 무선 충전은 자기 유도 방식의 매우 짧은 거리보다 좀 더 먼 거리에서 사용 가능하다.
이 거리는 겨우 10cm에 불과하지만 그래도 전자기 유도 방식보다는 무선 충전이라는 말에 더 가깝다.
공진 유도 방식의 장점은 에너지 전달 효율이 98% 가량 된다고 한다.
물론 필요한 모든 조건이 들어 맞아야 이정도의 전달 효율이 나오는 것이다.
또한 전송 장치와 수신 장치가 정확한 위치에 자리잡고 있어야 한다.
조금만 벗어나도 효율이 반 이상 급격히 떨어진다고 한다.
공진 유도 방식은 전송 장치와 수신장치의 임피던스 ( 교류 저항 값) 일치가 매우 중요한데 전송 장치와 수신 장치의 거리는 매우 큰 영향을 준다.
이러한 문제가 많기 때문에 아직은 공진 유도 방식을 사용하기엔 제약 조건들이 너무 많다.
무선 충전이 지금처럼 많이 상용화 되기 전에 삼성전자는 공진 유도 방식을 LG전자는 전자기 유도 방식을 지지 했다고 한다.
삼성전자는 공진 유도 방식으로 7m 거리에서 충전이 가능한 기술을 이미 완성하여 상용화 단계에 다 왔다고는 하지만 갤럭시 노트 기종의 폭발 사고로 인체 유해성 논란이 해결되지 않아 공진 유도 방식의 무선 충전 기술을 갤럭시 시리즈에 도입하는 것에 대해서 회의적이라고 한다.
요즘 스마트폰 케이스 뒷면에 카드를 넣을 수 있도록 많이 하고 다니는걸 많이 봤는데 카드도 전자기 유도 법칙을 사용하여 태그하기 때문에 카드를 껴 놓은 상태에서 코일에 전류가 계속 흐르게 되는 무선 충전 패드에 올려 충전 한다면 카드의 회로가 다 타서 화재가 발생할 수 있기 때문에 조심해야할 것이다.
또한 폰 뒤에 부착하는 금속 물질들이 열을 받아 녹거나 화상을 입을 수 있기 때문에 조심해야할 것 같다