학문
자석은 왜 자기력이 있을까요? 궁금합니다.
옆에 있던 초딩 아들한테 궁금한게 있냐고 물어봤더니 위의 제목과 같이 물어봤습니다. 어느정도는 알고 있는데 전문적으로 알고 싶은가봐요
1개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
아드님이 정말 좋은 질문을 했네요. 자석이 왜 자기력을 갖는지는 사실 과학자들도 오래 파고든 깊은 주제예요. 초등학생도 이해할 수 있게 풀어보면서 핵심 원리까지 짚어볼게요.
자석의 힘은 결국 전자에서 나와요. 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자 안에는 전자라는 아주 작은 알갱이가 있거든요. 그런데 이 전자가 마치 팽이처럼 스스로 빙글빙글 도는 성질을 가지고 있어요. 전기를 띤 알갱이가 회전하면 그 주변에 아주 작은 자기장이 생겨요. 그러니까 전자 하나하나가 사실은 눈에 보이지 않는 초소형 자석인 셈이에요.
그렇다면 모든 물질이 자석이어야 할 것 같은데 그렇지 않은 이유가 여기서 갈려요. 대부분의 물질은 이 작은 전자 자석들이 제각각 다른 방향을 향하고 있어요. 사방으로 흩어져 있으니까 서로의 힘을 상쇄해서 전체적으로는 자기력이 나타나지 않는 거예요. 교실에서 아이들이 저마다 다른 방향을 보고 있으면 전체로는 향하는 곳이 없는 것과 같아요.
그런데 철이나 니켈 같은 특별한 금속은 이 전자 자석들이 한 방향으로 줄을 맞춰 정렬할 수 있어요. 작은 자석들이 모두 같은 쪽을 가리키면 그 힘이 합쳐져서 커다란 자기력으로 나타나는 거예요. 이렇게 방향이 가지런히 정렬된 상태가 바로 우리가 아는 자석이에요. 평범한 철 못이 자석에 붙는 이유도 자석 근처에 가면 못 안의 흩어져 있던 전자 자석들이 잠깐 한 방향으로 정렬되기 때문이에요. 영구자석은 이 정렬이 풀리지 않고 계속 유지되도록 만든 거고요.
그래서 자석을 자르면 신기한 일이 벌어져요. N극만 따로 떼어내려고 반으로 잘라도 잘린 조각이 각각 다시 N극과 S극을 가진 완전한 자석이 돼요. 아무리 잘게 쪼개도 전자 하나하나가 이미 N극과 S극을 가진 작은 자석이라 N극만 따로 존재할 수가 없거든요. 이게 자석의 가장 신기한 성질 중 하나예요.
자석을 너무 뜨겁게 달구거나 세게 떨어뜨리면 자기력을 잃는 것도 같은 원리로 설명돼요. 열이나 충격이 가지런히 정렬돼 있던 전자 자석들의 방향을 흐트러뜨리거든요. 줄을 맞춰 서 있던 아이들이 갑자기 흩어지는 것처럼요. 아드님이 더 궁금해하면 냉장고 자석을 같이 보면서 이 작은 자석들이 줄을 맞춘 거라고 설명해주시면 눈을 반짝일 거예요 :)