섭섭박사님은 놀이동산 매니아! 전 세계를 돌아다니며 롤러코스터를 탔지만, 지금은 추운 겨울이라 롤러코스터를 탈 엄두가 나지 않는다고 하시네요?
“그래, 오늘은 집에서 직접 건전지로 움직이는 롤러코스터를 만들어야지!”
왜 이런 일이?
☞ 결과 : 쓩! 건전지 기차가 코일을 따라 움직인다!
① 건전지 기차를 코일에 넣으면, 건전지에 연결된 자석이 코일에 닿으며 코일로 전류가 흘러요. 이때 전류는 건전지의 (+)극에서 (+)극에 붙인 자석, 자석에 닿은 코일을 따라 (-)극으로 흐르죠.
② 그런데 전류는 빙글빙글 꼬인 코일을 따라 흐르며 코일 내부에 자기장을 만들어요. 이 자기장은 건전지에 붙어있는 자석의 자기장과 상호작용해요.
③ 건전지 (+)극 쪽에 만들어진 코일 자기장의 N극은 (+)극에 붙인 자석의 S극을 끌어당겨요.
반대로 (-)극 쪽에 만들어진 코일 자기장의 S극은 (-)극에 붙인 자석의 S극을 밀어내지요.
④ 그 결과, 건전지 기차는 코일과 자석의 자기장이 밀고 당기는 힘을 받아 앞으로 나아가게 된답니다.
‘전류’와 ‘자기장’. 이 둘 사이에는 밀접한 관계가 있어요. 우리가 건전지 기차를 코일에 집어넣으면, 건전지에서 코일을 따라 전류가 흘러요. 코일에 흐르는 전류는 자기장을 만들고, 이 자기장이 건전지에 붙은 자석을 밀고 당겨요. 즉 전류가 자기장을 만들어내면서 건전지 기차를 움직이는 거예요.
거꾸로 자기장의 변화가 전류를 만들기도 한답니다. 1831년, 영국의 물리학자인 마이클 패러데이는 전기가 통하지 않는 코일 사이로 자석을 집어넣었다 빼는 실험을 했어요. 그러자 자석이 들어가고 나올 때마다 코일에서 전류가 조금씩 흘렀어요. 이렇게 자기장의 변화가 전류를 흐르게 만드는 것을 ‘전자기 유도’라고 부른답니다.
스피커부터 마이크, 도난방지 장치까지, 전자기 유도의 원리는 여러 곳에서 쓰여요. 이 중에서도 가장 중요한 발명품은 바로 ‘발전기’일 거예요. 발전기는 화력이나 수력, 원자력 등 여러 가지 에너지를 이용해 전기 에너지를 만드는 기계예요. 여러 에너지원을 사용해 터빈을 돌리면, 터빈의 날개가 돌아가면서 날개에 연결된 코일도 회전해요. 이때, 코일을 자석 사이에 가져다 놓으면 코일을 통과하는 자기장의 세기가 달라지면서 코일에 전류가 흘러요. 우리가 쓰는 전기는 이런 과정을 거쳐 만들어진답니다.
왜 이런 일이?
☞ 결과 : 나사에 자석처럼 금속 조각이 붙는다!
구리선을 나사에 코일처럼 감아준 후 건전지에 연결하면 구리선을 통해 전류가 흐르게 돼요. 그러면 전류가 구리선 코일을 통과하면서 자기장을 만들어요. 마치 자석처럼요. 반대로 건전지를 떼서 전류가 흐르지 않게 만들면 자기장이 사라지면서 자성을 잃어버리지요. 이렇게 전기가 있을 때만 자성을 띠는 일시적 자석을 ‘전자석’이라 부른답니다.
사실 전류를 흘려주면 나사 없이 코일만 있어도 자기장이 만들어져요. 하지만 나사나 철 조각을 코일의 중심에 넣어주면 전자석의 자기장이 더 강해져요. 철도 자기장을 띠면서 전자석의 자기장과 합쳐져 자기장이 더 강해지거든요. 그래서 더 강력한 전자석이 만들어지죠!
