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자석에 숨어 있는 힘

  • 2015.10.29.
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20151029_한수원_자석_01

 

어린 시절 큰 자석을 갖고 놀았던 기억이 있지는 않으신가요?
과학시간에 자석을 갖고 여러 가지 실험을 진행했던 게 기억나는데요.

당시에는 여러 실험을 통해 자석은 금속에 붙으며, 철가루를 뿌리면 이상한 모양으로 철가루가 모인다는 사실을 알 수 있었는데요. 그 속에 숨어 있는 힘에 대해서는 기억이 나질 않습니다.

오늘은 자석에 숨어 있는 힘! 자기장에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

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◆ 자석의 어원

자석을 의미하는 영어 단어 ‘마그네트(magnet)’는 고대 그리스의 ‘마그네시아(magnesia)’라는 현재 터키 서쪽 해안 지역의 지명에서 유래하였다고 합니다. 마그네시아에는 자철광이 많은 지역이라 자석 성질을 띤 돌이 철과 같은 쇠붙이를 끌어 당기는 힘이 자주 관찰되었습니다.

우리가 현재 쓰는 ‘자석’이라는 단어는 본래 자애로운 돌이라는 의미로 사요되었고, 고대 중국에서는 자애로운 어머니(자석)와 자식(쇠)이 서로 끄는 힘으로 자석의 인력 현상을 설명했다고 합니다.

자석의 또 다른 이름은 ‘지남철’입니다. 남쪽을 가리키는 쇠라는 뜻인데요. 지구의 남북 방향을 알려주는 자석은 나침반의 핵심부품 이며, 화약, 종이, 인쇄술과 더불어 중국의 4대 발명으로 강조되는 나침반은 세계 근대문명을 일으킨 원동력이기도 합니다.

 

20151029_한수원_자석_03

 

◆ 자기장을 눈으로 확인하다

자석 주변에 쇳가루를 뿌리면 일정한 형태로 달라붙게 되는데요. 철을 잘게 부수어 만든 쇳가루는 보통 자석 성질을 띠지 않지만 자석을 가까이 대면 쇳가루 조각이 자석의 성질을 띠게 됩니다.

막대 자석의 양쪽 끝은 N극 또는 S극이 되는데, 두 개의 막대 자석을 대면 같은 극끼리는 서로 밀치고, 다른 극끼리는 끌어당기는 성질을 보입니다. 자석의 N극에 작은 쇳가루 조각을 붙이면, 쇳가루 조각 중에 자석의 N극에 닿은 부분은 S극이 되고 반대편에 닿은 쇳가루는 N극인 자석으로 변하게 됩니다.

이 쇳가루 자석에 또 다른 쇳가루 조각을 붙이면 그 조각도 역시 (S-N)극을 갖는 자석으로 변하게 됩니다. 이런 식으로 자석 주변에 쇳가루들을 뿌리면 자석의 N극과 S극 주변 자기장의 분포를 확인할 수 있습니다.

 

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◆ 자기장의 흐름

쇳가루가 만든 자석 줄의 모양을 보면 N극에서 뿜어져 나온 자성의 흐름이 S극으로 빨려들어가는 모습이 연상됩니다.
이런 형태로 막대 자석의 N극에서 S극으로 전달되는 자성의 흐름을 자기장라고 합니다.

이 자기장의 흐름에 쇳가루 같은 작은 자석의 N극 또는 S극이 놓이면 흐름의 방향과 같은 방향 또는 반대 방향으로 힘이 작용되는데요. 사실은 지구도 거대한 자석이라고 볼 수 있습니다. 지도상의 북극은 자석의 S극, 남극은 N극이라서 지구가 만든 자기장의 방향은 지표면에서 북쪽을 향하기 때문에 나침반의 N극은 북쪽을 가리키게 되는 것입니다.

19세기 초 덴마크의 물리학자이자 화학자인 에르스텟은 전선을 전지에 연결해 전류를 흐르게 해 전기줄에서 열과 빛을 내게 하는 실험을 하던 중 언뜻 전기와 자기의 연관성에 대한 의문을 갖게 되었습니다. 주변에 있던 나침반을 전류가 흐르는 전선에 바싹 가져다 댔고 나침반이 전류의 흐름에 반응하는 것을 보게 되었습니다.

실험을 통해 얻은 전류와 자기장의 관계를 명확한 수학적 이론으로 정리해서 ‘암페어의 법칙’을 발표하였고, 자철석에만 국한되었던 자기장의 존재가 전류에서도 드러나게 되었습니다.

 

오늘은 눈에 보이지는 않지만 자석에 숨어 있는 힘에 대해서 알아보았는데요. 우리 주변에서 자기장을 쉽게 관찰할 수 있는 방법은 자석을 이용하는 게 아닐까 생각됩니다. 자애로운 돌이라는 의미로 사용되고 있는 자석! 큰 자석을 볼 기회는 많이 줄었지만 우리 생활 곳곳에서 볼 수 있습니다.

오늘 집안 구석에 숨어있는 큰 자석을 찾아보는 건 어떨까요? ^^

 

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