자석 어디까지 알고 있니? KAIST 김갑진 교수님

자석, 우리 주변의 신비로운 친구들!

안녕하세요! 카이스트 물리학과 교수 김갑진입니다. 오늘은 우리 주변에 늘 있지만 잘 몰랐던 '자석'에 대해 이야기해 볼 거예요. 강의 듣다가 재미없으면 언제든 집에 가도 좋고, 궁금한 거 있으면 손 들고 질문해도 괜찮아요. 끝나고 나서 질문해도 되고, 집에 가서 이메일로 질문해도 환영입니다!

1. 나는 누구인가? (교수님 소개)

제 이름은 김갑진이고요, '갑진'이라는 이름은 '물 수(水)'에 '날 일(日)'을 합쳐서 '수호'라고도 불러요. 저는 경북 의성 출신인데, 혹시 의성 들어봤나요? 대전에서 쭉 가면 의성이 있고, 거기서 더 가면 청송 주왕산도 있어요. 요즘 의성에는 마늘햄도 있고, 고추도 유명하죠. 그런데 요즘 출산율이 줄어서 의성 같은 곳이 사라질 위기에 처해 있다고 하네요.

저는 과학자가 되고 싶어서 일반고등학교를 나왔어요. 과학고나 영재고는 못 갔지만, 열심히 공부해서 서울대 물리교육과에 갔어요. 원래는 물리학과에 가고 싶었는데, 수능 성적이 조금 부족해서요. 그래도 물리교육과를 나와서 대학원에 가면 물리학자가 될 수 있거든요. 저도 서울대 대학원에서 물리학 박사 학위를 받았답니다.

교수가 되려면 외국 경험도 필요하다고 해서, 사람들이 많이 가는 미국이나 영국 대신 일본 교토로 갔어요. 교토는 벚꽃이랑 단풍이 정말 아름다운 곳이에요. 거기서 공부하고 돌아와서 지금은 카이스트에서 여러분을 만나고 있습니다.

2. 우리 주변의 자석들

자, 이제 본격적으로 자석 이야기를 해볼까요? 여러분 주변에 자석 있나요? 핸드폰, 카드, 장난감, 선풍기 안에도 자석이 있어요. 선풍기나 모터가 있는 곳에는 다 자석이 들어가죠. 돌아가는 LP판이나 하드디스크에도 자석이 사용된답니다.

[실험 1] 핸드폰과 자석

여러분 나눠준 기념품에 자석이 표시된 필름이 있을 거예요. 그걸로 핸드폰에 자석이 있는지 확인해 보세요. 아이폰 같은 경우는 뒤에 동그랗게 자석이 붙어 있어서 충전할 때 딱 달라붙죠.

[실험 2] 냉장고 자석의 N극과 S극

냉장고 자석에도 N극과 S극이 있어요. 자석을 매그니티 뷰어 필름에 대보면 자석의 N극과 S극이 어떻게 되어 있는지 줄무늬로 보인답니다.

3. 자석과 전류의 관계

[실험 3] 전류가 만드는 자기장

건전지, 구리 코일, 자석을 이용해서 실험을 해볼 거예요. 건전지에 자석을 붙이고 구리 코일에 넣으면 어떻게 될까요? 전류가 흐르면서 자기장이 생겨서 움직인답니다. 거꾸로 넣으면 안 움직여요.

[실험 4] 자기장이 만드는 전류 (전자기 유도)

이번에는 반대로 자석을 움직이면 전류가 생기는지 알아볼 거예요. 코일 안에 자석을 넣고 움직이면 LED에 불이 들어오는 걸 볼 수 있어요.

[실험 5] 자석이 천천히 떨어지는 이유

구리 코일에 자석을 넣으면 천천히 떨어져요. 왜냐하면 자석이 움직이면서 전류가 생기고, 그 전류가 다시 자기장을 만들어서 자석을 밀어내기 때문이에요. 놀이공원에서 자석이 달린 놀이기구가 천천히 움직이는 것도 같은 원리랍니다.

[실험 6] 인덕션의 원리

인덕션은 냄비를 올려놓으면 뜨거워지죠? 그 이유는 냄비 바닥에 자석이 움직이면서 전류를 만들고, 그 전류가 열을 발생시키기 때문이에요. 그래서 인덕션은 안전하답니다.

[실험 7] 가우스 건 (자석 총)

강한 자석을 이용하면 총을 만들 수도 있어요. 자석을 연속으로 놓으면 구슬이 엄청난 속도로 튕겨 나가는데, 이걸 '가우스 건'이라고 불러요.

[실험 8] 자석 떼기

강하게 붙은 자석은 어떻게 뗄 수 있을까요? 열을 가하면 자석의 성질이 약해져서 뗄 수 있어요. 하지만 자석이 망가질 수도 있죠. 실험실에서는 전기를 이용해서 자석의 방향을 바꾸거나, 더 강한 자석을 이용하는 방법도 있답니다.

4. 물과 자석의 관계

[실험 9] 물과 자석의 상호작용

물은 자석에 약하게 밀려나는 성질이 있어요. 그래서 개구리를 자석 위에 띄우는 실험도 가능하답니다. 이 실험으로 이그노벨상을 받은 사람도 있어요.

[실험 10] 초전도체와 자석

초전도체는 아주 차가워지면 저항이 없어지는 물질이에요. 초전도체 위에 자석을 올려놓으면 자석이 뜨는데, 이걸 '마이스너 효과'라고 해요. 마치 자석이 공중에 떠 있는 것처럼 보이죠.

5. 자석의 근원과 활용

자석은 왜 만들어질까요? 모든 물질은 원자로 이루어져 있고, 원자 안의 전자가 움직이면서 자기장을 만들어요. 이 전자들이 특정 방향으로 정렬하면 자석이 되는 거죠. 철은 원자들이 잘 정렬하는 성질이 있어서 자석이 될 수 있지만, 물이나 알루미늄은 그렇지 않아요.

요즘은 데이터 저장 기술에도 자석이 많이 사용돼요. 하지만 데이터를 저장하고 처리하는 데 엄청난 전기가 사용된다는 문제점이 있죠. 그래서 과학자들은 전기를 덜 사용하면서 데이터를 저장할 수 있는 새로운 방법을 연구하고 있답니다.

마무리

오늘 자석에 대한 이야기를 들으면서 궁금한 점이 많이 생겼을 거예요. 과학은 끊임없이 질문하고 탐구하는 과정이에요. 여러분의 호기심을 잃지 말고 계속해서 질문하고 탐구하길 바랍니다! 수고했어요!