[물리하마] 자기 Basic: 자석, 길버트, 자기력🧲

한동안 전기⚡에 대해 정리해봤는데요, 더 깊이 들어갈 수도 있지만 이 시점에서 자기🧲에 대해서 살짝 이야기해두는 게 좋아요.

전기⚡와 자기🧲는 헷갈리기도 쉽고 둘이 같은 것이라고 생각하는 사람들도 많은데, 그렇다고 엄밀하게 떼어놓을 수도 없고 어떻게 보면 하나이기도 하고(?)... 아무튼 하나인 듯 둘인 듯 그런 요상한 관계거든요.

오늘은 우리 모두에게 익숙한 ‘자석’에 대해서 다뤄볼게요.

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사실 아주 오래전부터 사람들은 자석을 그냥 사용해왔어요. 어디 찰싹 달라붙기도 하고, 가만히 매달아두면 알아서 일정한 방향으로 돌아가니까 꽤 유용했겠죠. 가끔 철같은 데 문지르면 마치 자석의 기운(?)이 철로 옮겨간 것처럼 철이 자석이 되기도 하고요.

중국에서는 일찍이 자석이 항상 남북 방향으로 정렬된다는 것을 알고 이를 방향을 나침반🧭으로 사용해왔어요.

어쨌든 이전까지 전기, 자기 같은 것들은 객관적 탐구의 대상이라기 보다는 어떤 신비의 영역에 가까웠어요. 그리고 1600년이 되자 드디어 누군가 이걸 과학의 영역으로 끌고 나오게 되죠.

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윌리엄 길버트

길버트(1544-1603)는 이전부터 내려오던 자석과 관련된 근거없는 이야기들을 직접 실험해보고 대부분이 사실이 아님을 밝힌 사람이에요.

갈릴레이는 길버트를 두고 ‘최초의 과학자’라고 칭하기까지 했는데요, 현상들을 철저히 반복 실험하여 검증하고 믿을 수 있는 지식만 남기는 방식 때문이었어요.

지금은 당연해보이지만 그때는 그렇게 하는 사람이 없었거든요.

길버트는 전기와 자기에 관한 많은 실험들을 하고 이를 <자기, 자성체, 거대 지구자석에 관하여>(=<자기에 관하여>)라는 책으로 남겨요.


이를 통해 길버트는

1. 전기적 현상과 자기적 현상이 다르다고 구분지었고

2. 자석에 N극(북극), S극(남극)이라는 이름을 붙였고

3. 자석이 서로 밀고 당기는 법칙을 정리했고

4. 지구가 하나의 거대한 자석이라는 것까지 알아냈어요.

이것들은 사실 지금 우리도 맞다고 배우는 것들이죠? 실제로 이 이후 한동안 자기 분야에서 이렇다 할 발견이 거의 없었는데요, 그만큼 길버트의 연구가 빈틈없었다는 뜻으로 볼 수도 있어요.

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자기101

: 근데 이거 저번에 전기 이야기 했을 때 나온 거 아니야? N극, S극이랑 +, - 랑 다른거였어? 너무 헷갈려.

진짜 기본적인 것부터 정리해볼테니 괜찮아요.


우선 자석에는 N극, S극이 있어요. 둘은 떼어낼 수 없고요.

자석의 중앙을 조심스레 자르면 각 조각은 또 새로운 N극-S극 짝을 만들어요. 이게 전하와 다른 점이에요. 전하는 +와 –가 따로 존재할 수 있거든요.


또, 길버트가 정리한 것처럼 자석 사이에는 인력과 척력이 작용하고 이를 자기력이라고 해요.



더 깊이 들어가볼까요?

자석은 주변에 자기장을 형성해요. 사실 길버트 직후인 이 시점에는 자기장 개념이 정립되지 않았을 때지만 이해하기에 편한 개념이라 미리 끌어다 쓸게요.

자석 주위에 무수히 많은 작은 나침반들을 놓았을 때 그 나침반들이 가리키는 방향이 자기장의 방향이에요.


사실 나침반은 그냥 모양만 다른 자석이거든요.(🧭=🧲) 그러니 나침반의 N극은 S극을 향해 돌아가는게 당연한거고요. 자석의 밖에서 N→S로 향하는 방향이 자기장의 방향이에요.

여기 가상 실험 페이지로 이동해서 나침반의 방향과 자기장을 확인해보세요.

자석 주위에 철가루를 뿌리면 생기는 모양을 본 적이 있을거에요. 철 같은 물질은 자석이 가까이에 있으면 일시적으로 자신도 자석이 되는 성질이 있기 때문인데요. 즉, 일시적으로 자석이 된 철가루가 나침반처럼 자기장 방향으로 정렬되는 거에요.

: 대충 알겠어.
① 저번에 전기에서 +, -가 있던 것처럼 N, S가 있고
② 같은 건 밀고 다르면 당기고
③ 전하 주변에 전기장이 만들어진 것처럼 자석 주위에 자기장이 만들어지는거네.
④ +, -는 떼어낼 수 있는데 N, S는 떼어낼 수 없고!
: 맞아, 잘하는데?
: 그치만 슬쩍 넘어간 게 있어.
① 그래서 자석은 왜 자석이야?
② 왜 어떤 애들은 자석에 붙고 어떤 애들은 안붙는거야?
③ 철가루가 일시적으로 자석이 된다니 그건 또 무슨 말이야!
: 꽤 집요한 하마가 되었구나! 좋아, 앞으로 계속 이야기해보자!

 

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