자석이 없으면 원시시대로 돌아갑니다 (카이스트 김갑진 교수)

자석, 우리 삶의 숨은 영웅! 🚀

세상 모든 지식을 파헤치는 시간! 오늘은 우리 주변에 늘 있지만 잘 몰랐던 '자석'에 대해 이야기해볼 거야. 어릴 때 자석 가지고 놀았던 기억 다 있지? 그런데 그 자석이 어떻게 만들어지고 왜 중요한지 제대로 아는 사람은 많지 않을 걸? 그래서 오늘은 카이스트 김갑진 교수님을 모시고 자석의 비밀을 파헤쳐 볼 거야!

🧲 자석, 어디에나 있어!

• 우리 주변의 자석: 막대 자석, 나침반은 기본이고, 하드디스크, MRI 기계, 드라이어, 선풍기, 청소기 등등! 모터가 달린 거의 모든 기계에는 자석이 꼭 들어가. 전기를 써서 뭔가 움직이는 건 다 자석 덕분이지!
• 핸드폰에도 자석이? 네가 쓰는 핸드폰에도 스피커나 진동 모터 등에 자석이 숨어있어. 신기하게도 자석 필름으로 핸드폰을 대보면 자석이 있는 곳이 표시된대!

🧲 자석은 왜 자석일까? 🤔

• 자석을 반으로 잘라도: 자석을 반으로 잘라도 N극과 S극이 따로 떨어지지 않아. 계속 자르고 또 자르면 결국 원자 단위까지 가도 N극과 S극이 함께 존재하지. 이게 왜 그럴까?
• 원자의 비밀: 자석의 근원은 바로 원자에 있어! 원자핵 주위를 도는 전자들이 마치 전류처럼 움직이면서 자기장을 만들어내. 이 전자의 움직임(공전, 자전) 때문에 원자 자체가 작은 자석이 되는 거지.
• 전기와 자석은 한 형제: 움직이는 전자는 전류고, 전류가 흐르면 자기장이 생기지. 반대로 자석을 움직이면 전기가 생기고! 전기와 자석은 뗄 수 없는 관계인 거야.

🧲 자석의 역사와 발전

• 지구도 자석! 옛날 사람들은 나침반이 왜 항상 북쪽을 가리키는지 몰랐지만, 지구가 거대한 자석이라는 사실을 처음 밝혀낸 사람이 길버트라는 과학자야.
• 센 자석을 향한 노력: 처음에는 철 같은 걸로 자석을 만들었지만, 점점 더 센 자석을 만들기 위해 알루미늄, 니켈, 코발트 등을 섞어 '알리코 자석'을 만들었지.
• 네오디뮴 자석의 등장: 70년대에는 사마륨과 코발트를 섞어 훨씬 센 자석을 만들었고, 80년대에는 철, 붕소, 네오디뮴을 섞어 지금 우리가 쓰는 가장 센 '네오디뮴 자석'을 만들었어. 이 자석 덕분에 전기차, 하드디스크 등 많은 기술이 발전할 수 있었지.
• 하지만 문제점도... 네오디뮴 자석은 열에 약해서 뜨거워지면 자성을 잃어버려. 또, 만드는 데 필요한 희토류가 대부분 중국에서 나오기 때문에 자원 문제도 있어. 그래서 코발트 없이도 센 자석을 만들려는 연구가 계속되고 있지.

🧲 스핀트로닉스: 자석의 새로운 미래! ✨

• 원자의 스핀: 원자의 전자들은 단순히 도는 것뿐만 아니라 '스핀'이라는 고유한 성질을 가지고 있어. 이 스핀을 이용하면 더 작고 효율적인 전자 기기를 만들 수 있는데, 이걸 '스핀트로닉스'라고 해.
• 거대 자기저항 효과: 특정 물질에 전류를 흘리면 자석의 방향에 따라 저항이 크게 변하는 현상이 있어. 이걸 이용하면 데이터를 저장하고 읽는 데 혁신적인 변화를 가져올 수 있지.
• 하드디스크의 원리: 우리가 쓰는 하드디스크는 바로 이 원리를 이용한 거야. 자석의 N극과 S극을 이용해 0과 1로 데이터를 저장하고, 아주 작은 센서로 데이터를 읽어내는 거지. 접촉하지 않고도 데이터를 읽을 수 있다는 게 정말 대단하지 않아?
• 미래를 위한 연구: 지금도 과학자들은 더 센 자석, 더 효율적인 메모리 기술을 연구하고 있어. 20~30년 후를 내다보며 미래 기술을 만들어가는 중이지.

자석 하나에 이렇게 많은 과학 원리와 기술이 숨어있었다니 정말 놀랍지 않아? 앞으로 자석을 볼 때마다 우리 삶을 움직이는 숨은 영웅이라는 걸 기억해줘! 😉