안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
큰 틀에서 패러데이 법칙으로 접근하신 방향은 맞아요. 다만 자속이 작아진다와 자속의 변화량이 작아진다 사이를 연결하는 논리가 하나 빠져 있어서, 그 부분을 채우면 훨씬 정확한 설명이 돼요.
먼저 옛날 방식 하드디스크의 읽기 원리부터 짚을게요. 디스크 표면에는 자성 입자들이 작은 영역 단위로 N극과 S극 방향이 정해져 기록돼 있어요. 이걸 읽을 때 예전에는 유도 코일 방식을 썼는데, 헤드가 디스크 위를 지나가면서 자기 방향이 바뀌는 경계를 만나면 코일을 통과하는 자속이 변하고, 그 변화가 패러데이 법칙에 따라 유도기전력을 만들어내요. 여기까지는 정확히 이해하신 그대로예요.
이제 핵심인 자속 변화량 부분이에요. 질문에서 자속이 작아진다는 정보만 찾으셨다고 했는데, 사실 읽기 신호를 결정하는 건 자속 자체가 아니라 자속의 변화량이 맞아요. 그런데 기록을 촘촘히 하면 이 변화량도 같이 줄어들어요. 왜냐하면 비트 하나의 크기가 작아진다는 건 그 안에 든 자성 입자 수가 줄고 자화된 영역의 면적이 작아진다는 뜻이거든요. 자속은 자기장 세기 곱하기 면적인데, 면적이 작아지니 한 비트가 만드는 자속의 총량 자체가 작아져요. 그러면 헤드가 N극 영역에서 S극 영역으로 넘어갈 때 생기는 자속의 차이, 즉 델타 파이도 함께 작아지는 거예요. 작은 자석이 만드는 자기장 변화가 큰 자석보다 약한 것과 같은 이치예요. 그래서 자속이 작아진다는 말 안에 자속 변화량도 작아진다는 의미가 자연스럽게 포함돼 있는 거랍니다.
다만 V=IR로 유도전류까지 연결하신 부분은 조금 보완이 필요해요. 읽기에서 실제로 문제가 되는 건 유도전류의 크기라기보다 유도기전력, 즉 신호 전압이 잡음에 묻힐 만큼 약해진다는 점이에요. 신호가 작아지면 주변의 열적 잡음이나 전기적 잡음과 구별하기 어려워져서 0과 1을 제대로 읽지 못하게 되거든요. 그래서 한계의 본질은 전류 부족이라기보다 신호 대 잡음비가 나빠진다는 데 있어요.
여기에 더해 또 하나의 근본적인 벽이 있어요. 비트를 너무 작게 만들면 자성 입자가 외부 열에너지만으로도 자기 방향이 제멋대로 뒤집히는 초상자성 한계라는 현상이 생겨요. 기록한 정보가 저절로 사라지는 거라, 이게 사실 자속 신호 문제보다 더 치명적인 한계로 꼽혀요.
그래서 정리하면 이래요. 촘촘히 기록할수록 비트 면적이 줄어 자속과 그 변화량이 함께 작아지고, 그 결과 유도되는 신호 전압이 약해져 잡음에 묻힌다는 흐름으로 설명하시면 패러데이 법칙 부분이 정확해져요. 다만 실제 산업에서 말하는 한계는 신호 세기 문제와 초상자성 문제가 겹친 거라, 두 가지를 함께 언급하시면 더 완성도 높은 설명이 된답니다.
참고로 요즘 하드디스크는 유도 코일 대신 자기저항 방식의 읽기 헤드를 써요. 자속 변화에 따라 전기저항이 바뀌는 성질을 이용하는 건데, 약한 자속에서도 신호를 훨씬 민감하게 잡아낼 수 있어서 패러데이 방식의 한계를 어느 정도 넘어선 거랍니다 :)