일상생활에서 흔히 보는 자석들은 어떻게 만들어지는 걸까

어린 시절 과학실험실에서 누구나 한 번쯤은 봤을 법한 실험도구 ‘자석’. 철가루를 이용하여 자기력선을 관찰할 수 있어 아이들도 좋아하는 실험 도구이기도 하다. 그렇다면 우리가 일상생활에서 흔히 보는 자석들은 도대체 어디서 만들어지는 걸까? 그리고 자력이란 무엇일까?

초등학교 다닐 때 과학시간에 선생님께서 보여주셨던 기억이 난다. 막대자석 위에 클립을 올려놓고 양쪽 끝을 가까이 가져가면 서로 끌어당기는 힘인 인력이 작용한다는 내용이었다.

지금이야 너무나 당연한 상식이지만 그땐 어찌나 신기하던지 수업 시간 내내 눈을 떼지 못했던 기억이 난다. 아마 나뿐만이 아니라 다른 친구들도 마찬가지였을 것이다. 이렇게 어릴 적 추억으로만 남아있던 자석이 오늘날에는 다양한 용도로 활용되고 있다.

특히 냉장고 메모판에서부터 신용카드, 컴퓨터 하드디스크, 스피커, 휴대폰 충전기, 자동차 내비게이션 등등 생활 곳곳에서 쉽게 접할 수 있다. 심지어 의료용 MRI 장비에까지 사용된다고 하니 정말 놀랍지 않은가?

반응형

뿐만 아니라 전기에너지를 운동에너지로 바꿔주는 모터 역시 자석의 원리를 이용한 것이다. 이쯤 되면 자석이야말로 현대 문명사회를 지탱하는 핵심 기술이자 엄청난 발명품이라는 생각이 든다. 그럼 이제 본격적으로 자석에 대해 알아보자.

자석의 유래
인류 최초의 기록물 가운데 하나인 고대 이집트 파피루스 문서에서는 자철광 가루를 물에 녹여 액체 상태로 만든 후 굳혀서 만들었다고 적혀있다. 이것이 바로 현재 우리가 사용하는 자석의 기원인데 기원전 3,000년경 메소포타미아 지역에서 처음 만들어졌다고 전해진다.

자석의 성질
자석은 크게 영구자석과 전자석으로 나눌 수 있다. 먼저 영구자석은 외부로부터 자극을 받지 않아도 항상 일정한 방향으로 자성을 띠는 물질로서 네오디뮴, 사마륨코발트, 알리코, 페라이트, 고무상 코발트 등이 있다. 반면 전자석은 전류가 흐를 때만 일시적으로 자성을 띠는 물체로서 코일 형태로 감아서 만든다. 따라서 전원 공급이 중단되면 원래 상태로 되돌아간다. 이러한 특성 덕분에 전동기, 변압기, 계전기 등 산업 전반에 걸쳐 널리 쓰이고 있다. 참고로 지구상의 모든 물질은 원자라는 작은 입자로 구성되어 있는데 각각의 원자는 양전하 또는 음전하를 띠고 있다. 이때 어떤 종류의 전하가 얼마나 많이 분포하느냐에 따라 전체적인 극성 정도가 결정된다. 일반적으로 강자성체는 N극과 S극 사이에 강한 인력이 작용하는데 반대로 상자성체는 약한 인력이 발생한다. 마지막으로 반자성체는 아무런 영향을 미치지 못한다.

자석의 분류
일반적으로 자석은 모양에 따라 막대자석, 말굽자석, 고리자석, 둥근 자석 등으로 구분되며 용도에 따라 공업용, 가정용, 교육용, 완구용 등으로 나뉜다. 또 크기에 따라 소형, 중형, 대형 및 특수형으로 나뉘며 재료에 따라 금속계, 비금속계, 복합계 등으로 구분되기도 한다.

자석의 단위
흔히 자석 하면 떠오르는 단어가 바로 ‘자기력’이다. 그러나 엄밀히 말하면 자기력은 자석 자체보다는 자석 주위에 형성된 자기장의 세기를 말한다. 그래서 보통 자기력을 측정할 때는 자기장의 세기에 비례하는 물리량인 자기력선속밀도를 주로 사용한다.

자석의 응용
앞서 살펴본 바와 같이 자석은 매우 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 우선 각종 가전제품 내부에 내장되어 전력을 안정적으로 공급받을 수 있도록 도와준다. 나아가 반도체 칩 생산 공정 과정에서 불순물 제거 작업 시 필요한 이온 빔 장치 내 부품으로써 정밀한 위치 제어 기능을 담당하기도 한다. 그런가 하면 강력한 자기장을 이용하여 혈액 검사 기계라든지 암 치료 기기 등 의학 분야에서도 유용하게 쓰인다. 

일상생활 속에서 흔히 접할 수 있는 물건이지만 정확한 원리는 모르는 경우가 많다. 우리 주위에서 쉽게 찾아볼 수 있는 자석도 마찬가지다. 평소엔 아무런 관심 없이 지나쳤던 자석이라는 물체지만 막상 알고 보면 굉장히 흥미로운 물질이다.

 

 

세상에서 가장 깨끗한 물질들과 특징

친환경적인 에너지를 사용하는 자동차

지구 최고의 혁신적인 발명품