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금속과 코일의 숨바꼭질 한판승부

건전지 없이 발생하는 전류가 승리의 주역

 

금속과 코일의 숨바꼭질 한판승부금속과 코일의 숨바꼭질 한판승부


미국의 세계무역센터가 9.11 테러로 무너진지 벌써 2년이 훨씬 넘었다.
모험이와 슬기는 미국에 살고 있는 친척을 만나러 가기 위해 공항에서 비행기 탑승 시간을 기다리는 중이다.
공항에 설치돼 있는 텔레비전에서는 마침 테러 당시 상황을 다시 보여주는 프로그램이 방영되고 있다. 그런데 갑자기 화면이 바뀌면서 뉴스 속보가 방송됐다.

앵커 : 국제 테러단체 소속의 테러범 한명이 금속 용기에 담긴 폭발물을 갖고 한국행 비행기에 탑승했다는 소식입니다. 조금전 무장한 경찰이 공항으로 긴급 투입됐습니다. 그런데 현재 공항 검색대에 문제가 생겨 테러범이 지닌 폭발물을 감지할 수 없게 됐다고 합니다. 이에 공항과 경찰에서는 외신에 촉각을 곤두세우고 대책 마련에 나섰습니다.
공항 청사 내에도 긴급 방송이 흘러나왔다.
방송 : 승객 여러분, 동요하지 말고 안내에 따라 대피하시기 바랍니다.
순식간에 공항 안이 발칵 뒤집혔다. 모험이와 슬기도 다른 승객들을 따라 대피하고 있는데 다시 안내방송이 나왔다.
방송 : 공항 검색대에 문제가 생겨 테러범을 찾아내기가 어려운 상황입니다. 승객분들 중에 관련 전문가가 계시면 속히 검색대 쪽으로 와주시기 바랍니다. 다시한번 말씀드립니다. 검색대에….
슬기 : 큰일이다, 오빠. 폭발물이 들어있는 금속을 감지하려면 검색대가 꼭 필요할텐데….
모험이 : 그러게 말이야. 참, 슬기야, 네가 지난 주 실험시간에 필요하다고 에나멜선을 준비했었지?
슬기 : 응, 아직 가방에 남은 게 있어.
모험이 : 그럼 됐어, 우리가 금속탐지기를 만들자!
모험이는 슬기의 손을 잡고 검색대 쪽으로 뛰어가기 시작한다. 모험이와 슬기의 도움으로 무사히 테러범을 찾아낼 수 있을까.

▶▶▶ 어떻게 금속이 있는 위치를 알아낼 수 있을까?

종이 아래에 금속을 놓고 그 위로 금속탐지기를 움직여보면 금속 바로 위에서 소리가 난다. 전송코일에 전류가 흐르면 그 주위에 코일과 수직 방향으로 자기장이 발생한다. 이때 금속이 가까이 있으면 자기장이 금속에 전류를 유도한다. 이처럼 건전지가 연결돼 있지 않아도 발생하는 전류를 유도전류라고 한다. 금속에서 발생한 유도전류에 의해 생긴 자기장은 다시 검출코일에 전류를 유도한다. 따라서 검출코일에 연결된 이어폰으로 금속이 있다는 신호를 들을 수 있다.

이때 이어폰 코일과 검출코일을 수직이 되게 설치해야 하는 이유는 전송코일에 의해 발생한 자기장이 검출코일의 도선과 평행하도록 하기 위해서다. 그래야 검출코일에 전류가 유도되지 않아 금속에 의해 유도된 전류만을 감지할 수 있기 때문이다.

▶▶▶ 교통카드를 갖다대기만 하면 금액이 지불되는 원리는 뭘까?

교통카드 앞뒷면의 플라스틱을 벗겨내면 새끼손가락 손톱보다도 작은 반도체 칩과 사각형 모양으로 감긴 코일이 남는다. 칩을 동작시키기 위해서는 전기를 사용해야 하지만, 교통카드 내부에는 건전지가 없다. 만약 교통카드에 건전지가 있다면 휴대전화처럼 주기적으로 충전을 시켜줘야 할 것이다. 교통카드 충전소에서는 칩 내부의 금액 정보를 변경하는 것이지 전기를 충전하는 것은 아니다.

교통카드는 전기를 발생시키기 위해 유도전류를 이용한다. 버스에 설치돼 있는 교통카드 단말기에는 전송코일에 해당하는 제1코일이 있어서 계속 자기장을 발생시킨다. 교통카드 내부의 사각형 모양 코일은 검출코일에 해당하는 제2코일이다. 단말기에 교통카드를 갖다대면 제1코일에 의해 발생한 자기장이 제2코일에 전류를 유도한다. 이렇게 발생한 유도전류는 미약하지만 교통카드의 칩이 그 내부에 저장돼 있는 금액을 깎도록 동작시키기에는 충분하다.

신용카드의 경우 교통카드와 달리 뒷면에 검은색 띠가 있다. 여기에는 미세한 자석 가루가 정렬돼 있는데, 이곳을 단말기에 접촉시켜 어떤 방향으로 배열돼 있는지를 읽어내 정보를 확인한다. 이와 같은 접촉식 카드는 자석에 가까이하면 저장된 정보가 지워지거나, 오랫동안 사용하면 마찰로 인해 검은색 띠가 닳기도 한다. 지하철 승차권도 마찬가지 원리다.

글 : 노기종 신목고 nohsong@chol.com
기타 : 임소형 sohyung@donga.com
사진 : 박창민 petitnez@dreamwiz.com

과학동아 2004년 05월호

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