자석에 작용하는 힘 자기력

1. 자석과 자기력

 자석은 철을 끌어당기는 성질을 가지고 있으며, 영어로는 메그넷(magnet)라고 합니다. 막대자석에 철로 된 물체를 가까이 가져가 보면 가운데는 잘 붙지 않고 양쪽 끝부분에 많이 붙는 것을 볼 수 있습니다. 자석의 양쪽 끝은 자석에서 가장 힘이 센 곳이고 이곳을 '자석의 극' 이라 부르며 각각 'N극' 과 'S극'이라고 합니다. 국제자기학회 표시 규격에 따라 전 세계적으로 N극은 빨색으로 S극은 파란색으로 표시하길 권장하고 있습니다.

 자석과 자석, 자석과 쇠붙이 사이에 밀고 당기는 힘이 작용하는데, 그 힘을 자기력이라고 합니다. 자석은 같은 극끼리(N극과 N극, S극과 S극)는 밀어내는데 이때 밀어내는 힘을 '척력'이라고 하고, 다른 극끼리(N극과 S극)는 잡아당기는데 이때 잡아당기는 힘을 '인력'이라고 합니다. 인력과 척력의 힘의 크기는 자석의 크기가 클수록 커지고, 거리가 멀어질수록 약해집니다. 

 모든 자석에는 N극과 S극이 존재하며 자석의 중간을 둘로 잘라 N극과 S극은 나누어지지 않고 각각 자석의 성질을 갖는 2개의 자석이 됩니다. 

 자석은 모양에 따라 막대자석, 말굽자석, 원형자석, 고리자석 등이 있습니다. 자석은 실생활에서도 많이 쓰이는데 냉장고 문 안쪽에 자석이 달려있어 문이 저절로 닫히게 됩니다. 나침반의 바늘도 자석으로 동서남북을 알려줍니다. 또 드라이버 끝에도 자석이 달려있어 나사를 잘 고정되도록 도와줍니다. 

2. 자기장과 자기력선

 자석 주위에 자석의 힘(자기력)이 작용하는 공간이 형성되는 데 이를 자기장이라고 합니다. 자석 주위에 철가루를 뿌리면 둥글게 형성되는 공간이 생기는데 이 공간이 자기장이고 전류, 시간에 의해 변화하는 전기장에 의해서도 생깁니다.

 자기장 안 나침반 자침의 N극이 향하는 방향을 따라 선을 그어보면 하나의 곡선이 그려지는 데 이를 자기력선이라고 합니다. 자기력선의 방향은 N극에서 나와 S극으로 닫힌 곡선이 됩니다. 흰 종이나 투명플라스틱 용기 아래 자석을 놓고, 위에 철가루를 조금 뿌리고 손으로 톡톡 치면 자기력선을 간접적으로 확인할 수 있습니다.

 

3. 지구는 커다란 자석

 인류의 위대한 발명품 중에 나침반이 있는데 바다를 횡단하기 위해 방향을 알기 위해 발명했습니다. 나침반의 N극이 항상 북쪽을 향하는 것은 지구가 하나의 커다란 자석이기 때문입니다. 지구는 왜 자석의 성질인 자성을 띄게 되는 것일까요? 지구의 내부를 보면 지각- 맨틀-왜핵-내핵으로 되어있습니다. 이 중 외핵은 철과 니켈이 액체상태로 구성된 층입니다. 액체상태의 철과 니켈은 대류를 일으키며 일정한 방향으로 흐르며 자기장이 형성되어 지구가 하나의 커다란 자성을 띄게 됩니다. 

지구가 자성이 있기 문에 고유한 자기장을 가지고 있고 이를 지구자기장이라고 합니다.

 

4. 만약 지구의 자기장이 없어진다면

1. 지구자기장은 태양으로부터 오는 태양풍과 방사선을 막아주는 역할을 하는데 만약 지구의 자기장이 없어진다면 강력한 태양풍과 방사선이 지구의 대기를 통과하게 되고 인간은 방사능 피폭 증상이 생기거나 암이 유발될 수 있습니다. 

 

2. 동물의 방향감각 상실

 옛날에는 비둘기가 방향을 알고 편지를 배달했다고 합니다. 비둘기 머속에는 자석의 성분이 있어 본능적으로 남쪽과 북쪽을 알 수 있습니다. 또한, 철새나 꿀벌, 상어, 연어 등도 몸속의 자석 성분을 이용하여 방향을 찾습니다. 만약 지구의 자기장이 없어진다면 전부 길을 잃고 방향을 헷갈리게 될 것입니다. 갑자기 사라진 방향감각으로 건물의 창문, 자동차 등에 돌진하여 사망하는 일이 발생 할 수 있습니다.

 

3. 자연재해와 전기장치의 고장

 예기치 못한 자연재해가 발생 될 수 있고, 전자기기들이 태양전자파가 이런 전자 전기장치들에 영향을 끼칩니다. 만약 지구의 자기장이 없어진다면 태양의 코로나로 방출된 고에너지 입자가 전자 장를 망가뜨리게 될 것입니다.

 

현재 화성의 사진을 보면 빨간 사막같이 보입니다. 화성이 처음에는 지구처럼 물도 있고 따뜻했다고 합니다. 화성은 지구의 지름의 반 정도 인데 안의 핵이 빨리 굳어버려 자기장이 사라지면서 바다가 사라지고 방사능으로 오염된 현재의 상태가 되었다고 합니다.