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전기의 이해

철커덕 자석

자기란?
자석이 철을 끌어당기는 작용을 ‘자기’라고 부릅니다. 그리고 자기력이 미치는 공간과 자기력의 세기를 ‘자기장’이라고 부릅니다. 자석이 만드는 자기장의 세기는 자석으로부터 멀리 떨어질수록 약해집니다.
예를 들어, 자석 주위에 쇠못이 있을 경우, 자기장의 세기가 큰 지점에 놓여 있는 가까운 쇠못만이 자석에 들러붙는 것을 알 수 있습니다. 또한 전류가 흐르는 도선 주위에는 항상 자기장이 형성되는데, 이것은 전류가 흐르는 도선 주위에 나침반을 놓으면 지침이 움직이는 것을 보고 알 수 있습니다.
자석은 철을 어떻게 끌어 당길까?
철과 같은 물질의 내부에는 작은 자석들이 들어 있습니다. 그런데 평소에는 이 작은 자석들이 무질서하게 배열되어 있기 때문에 자기를 띠지 않습니다. 반면 자석 속에는 작은 자석들이 일정하게 배열되어 있어 자기를 띱니다. 자석을 철에 가까이 가져가면 무질서했던 철 속의 자기들이 반듯하게 줄을 섭니다.
그 때부터 철도 자기를 띠어 서로 끌어당기게 됩니다.
자석에 잘 붙는 물체를 ‘강자성체’ 라고 부르는데 철과 니켈, 코발트 등이 강자성체에 속합니다. 또한 자석에 붙기는 하지만 약하게 끌리는 물체를 ‘상자성체’ 라고 부릅니다. 종이, 황, 알류미늄, 마그네슘 등이 상자성체에 속합니다. 그리고 자석을 밀어 내기도 하는 ‘반자성체’ 물체에는 구리, 유리, 플라스틱, 금 등이 있습니다.
자석은 왜 다른 극끼리만 붙을까?
자석은 같은 극끼리 만나면 서로 밀어내는 성질이 있습니다. 이것을 ‘척력’ 이라고 부릅니다.
자기력이 서로 부딪히기 때문에 서로 밀어내는 힘을 가지게 되는 겁니다. 그리고 다른 극끼리 만나면 서로 끌어당기는 ‘인력’을 갖기 됩니다.
N극에서 나오는 힘과 S극의 당기는 힘이 만나 서로 끌어당기게 됩니다.
자석은 천연, 인공, 영구 자석으로 구분합니다. 천연 자석은 자기가 포함된 암석을 가리키며 마그네타이트 광물이 대표적입니다. 철에 자석을 한동안 문지르면 철이 자석으로 변하는데 이를 인공 자석이라 합니다. 하지만 철은 쉽게 자석이 되고 쉽게 자석의 성질을 잃기도 합니다. 최근에는 니켈과 코발트를 섞은 강철 합금으로 자석을 만드는데 이 자석은 자성을 오래 가지고 있어 영구 자석이라 불립니다. 자석의 성질을 살펴보아요! 같은 S극 일경우 서로 밀어 내고 반대인 N극과 S극은 잡아 당기며 붙어 있습니다.
자석에 붙는 액체가 있을까?
자성유체는 ‘자성을 띤 초미립자 가루를 유기용제에 넣어 만든 액체를 말합니다. 이 자성유체에 자석을 가까이 대면 자성유체들이 자기장의 방향으로 끌려 올라갑니다.
이것은 1995년 NASA(미국항공우주국)에서 처음으로 개발되어 아폴로 우주선에 사용되었습니다. 우선 무중력 상태에서도 연료 공급을 원활하게 하기 위해 연료 속에 자성유체를 첨가해 사용했습니다. 또한 우주복의 틈새를 막는 데도 자성유체를 사용했습니다.
자성유체는 간단히 말하면 액체자석을 말합니다. 자성유체가 여러 가지 기계장치에 활용되려면 입자의 크기가 매우 작아야 합니다. 만일 입자의 크기가 너무 크면 입자 간에 자기력이 작용하여 서로 응집(서로 엉겨서 뭉침)해 침천(밑바닥에 가라앉음)되기 때문입니다. 자성유체는 우주항공, 반도체, 스피커, 화장품 등에도 사용되고 있습니다.
전류의 방향과 자기장의 방향은 관계가 있을까?
자기장은 전류가 흐르는 도선 주위에 만들어집니다.
이것은 건전지에 도선을 연결해 전류를 흐르게 했을 때 옆에 있던 나침반의 자침이 움직이는 것을 보면 알 수 있습니다. 또 건전지의 극을 바꾸어 연결하면 전류의 흐름이 바뀌어 자기장의 방향도 바뀌는 걸 알 수 있습니다.
전자석이란 무엇일까?
전자석은 전류를 이용하여 만든 자석입니다.
전자석은 전류가 흐르면 자기화 되고, 전류를 끊으면 원래의 상태로 돌아가는 일시적인 자석을 말합니다. 전자석의 편리한 점은 원할 때 자석으로 만들 수 있으며, 자석의 극을 마음대로 바꿀 수 있다는 것입니다. 또한 자석의 세기를 조절 할 수도 있습니다. 우리 주위에서 전자석의 성질을 이용한 물건에는 전동기, 스피커, 초인종 등이 있습니다.
나침반은 무엇일까?
나침반은 지침으로 방위를 알 수 있도록 만든 기구를 말합니다.
특히 나침반은 배나 비행기의 위치를 파악하는 데 쓰이며, 나침의 또는 컴퍼스라고 합니다. 나침반의 종류에는 지구의 자기를 이용하여 자침으로 방위를 지시하는 자기나침반(마그네틱 컴퍼스)과, 물체의 회전을 측정하는 장치를 응용한 전륜나침반(자이로컴퍼스) 2종류가 있습니다.
나침반의 N극은 항상 북쪽만 가르킵니다. 왜냐하면 나침반은 하나의 작은 자석이기 때문입니다. 또 지구도 거대한 자석인데 지구의 북쪽은 S극 남쪽은 N극의 성질을 띱니다. 같은 극끼리는 밀고 다른 극끼리는 당기는 자석의 성질 때문에 나침반 N극은 항상 북쪽을 가르킵니다.
자북극과 북극점은 어떻게 다를까?
자북극이란 지구 자기장의 북쪽 꼭지점을 말합니다. 자북극과 자남극은 지구 자기장이 형성되어서 뿜어져 나오는 곳입니다. 자북극에는 S극의 자기장이 흐르기 때문에 나침반의 N극이 가리키고, 자남극은 그 반대입니다. 그래서 자북극과 자남극은 지리상의 북극과 남극에서 떨어진 곳에 위치합니다. 놀랍게도 매년 그 위치는 바뀌게 됩니다.
지구 자기장의 방향은 항상 일정하지 않고 조금씩 변하고 있습니다. 과학자들이 여러 지층의 자기적 성질을 분석한 결과, 지난 500만 년 동안 자북극의 위치는 약 20번 이상 바뀌었다고 합니다. 자북극은 매년 평균 10~14km씩 이동하며, 통상 10년에 한 번씩 정기적으로 자북극 관측이 실시되고 있습니다.