함께하는 과학세상-자석의 신비한 힘

전화카드, 비디오테이프, 디스켓, 신용카드의 공통점은? 모두 자석이 사용된다는 것이다.

철을 끌어당기는 이상한 돌에서 발견된 자석은 우리의 생활 곳곳에서 쉽게 접할 수 있다.

영국의 의사 윌리엄 길버트(1540~1603)는 실험을 통해 우리가 발을 딛고 있는 지구 자체가 커다란 자석이라는 사실을 알아내기도 했다.

'눈에 보이지는 않지만 물체를 끌어당기는 자석의 힘은 뭘까?', '그 힘은 물체를 통과할 수 있을까?' 등의 질문은 단순하지만 쉽게 답하기는 어렵다.

실험을 통해 자석의 신비한 힘을 알아보자.

◇준비물

막대자석, 셀로판테이프, 클립, 유리판, 플라스틱 책받침, 마분지, 철판, 실, 나무 젓가락이나 쇠 젓가락

◇실험장치를 꾸며 봅시다.

1. 책꽂이나 의자(높이 30~50cm)에 젓가락을 셀로판테이프로 붙여서 고정시킨다.

2. 고정시킨 젓가락에 실을 이용하여 자석을 매단다.

3. 실의 한쪽은 클립을 묶고, 다른 쪽은 셀로판테이프로 바닥에 붙인다.

4. 클립을 자석 쪽으로 들어올린 다음, 클립이 공중에 떠 있도록 한다.

(5~10mm)

◇알아봅시다.

1. 클립이 공중에 떠 있을 수 있는 힘은 무엇인지 알아보자.

2. 유리판, 철판, 마분지, 플라스틱 책받침을 자석과 클립사이에 각각 넣었을 때 클립이 어떻게 되는지 알아보자.

3. 유리판, 철판, 마분지, 플라스틱 책받침 위에 각각 클립을 놓고, 판 아래쪽에서 막대자석을 움직였을 때 클립의 움직임을 알아보자.

◇어떻게 될까요?

1. 자석은 철을 끌어당기는 힘을 가지고 있는 물체로 그 주위에 자기력이 형성돼 있다.

그 자기력은 N극과 S극에서 강하게 작용하는데 클립을 극쪽에 가까이 가져갔을 때 공중에 떠 있을 수 있다.

2. 자석과 클립 사이에 유리판을 넣을 경우, 유리판은 부도체이기 때문에 자기력의 영향을 받지 않아 클립은 공중에 떠 있을 수 있다.

그러나 자석과 클립사이에 철판을 넣을 경우, 철판은 도체이므로 자유전자가 자기력을 차단시키는 역할을 하여 클립은 바닥에 떨어지게 된다.

3. 유리판이나 마분지 아래쪽에서 막대자석을 움직였을 때 클립도 자석을 따라 움직이지만 철판 위에서는 클립이 움직이지 않는다.

◇좀 더 알아봅시다.

공기를 비롯한 모든 물체(물질)는 강도의 차이는 있지만 자기적인 성질을 가지고 있다.

따라서 자석 근처에 어떤 물체가 막혔을 때 그 반대쪽에는 그 만큼 자기력의 크기가 줄어들게 된다.

그러므로 자기차폐(자기력을 막는 효과)는 사용하는 자기력을 충분히 감당할 수 있을 만큼의 자성과 두께를 가지는 물질로 자석 주위를 감싸서 막을 수 있다.

일반적으로 강자성인 철을 적당한 두께로 감싸면 그 주위에서는 거의 자기력이 나타나지 않는다.

강혁주(대구시교육과학연구원 과학탐구부 교사)