전자기 쫌 아는 10대

전기와 자기, 빛을 이루는 이란성 쌍둥이

고재현 지음 | 방상호 그림

풀빛 2021년 11월 29일 출간 종이책 : 2020년 06월 22일 출간

작품소개

책소개

다르지만 같고, 같지만 다른 전기와 자기

아침잠을 깨우는 휴대 전화 알람 소리부터 저녁을 마무리하며 끄는 형광등의 OFF 스위치까지, 우리는 하루를 전기에서 시작해 전기로 마무리한다. 여름철 냉방기기의 사용 전력 수요가 폭증하거나 겨울철 난방을 위한 전열기 사용량이 증가해 전력 예비율이 10퍼센트 미만으로 떨어지면 위험하다는 뉴스를 볼 때마다 우리는 전기 없이 살 수 없다는 생각을 한다. 그런데 전기만큼이나 우리에게 큰 영향을 끼치는 것이 또 하나 있다. 바로 자기이다. 콘센트만 꽂으면 쉽게 존재를 확인할 수 있는 전기와 달리 자기는 자석을 가지고 놀 때를 빼고는 보이지도 느껴지지도 않지만 나침반, 자기공명장치(MRI), 스피커처럼 자기 현상을 활용한 기구들이 우리 주변에 널려 있다는 사실을 생각하면 자기 역시 전기만큼이나 중요하다는 것을 알 수 있다.
그런데 우리에게 꼭 필요하다는 것은 알지만 연관성이 있을 것이라고는 생각하지 못했던 전기와 자기가 사실은 이란성 쌍둥이라고 불러도 과언이 아닐 만큼 서로 많이 닮아 있다면 믿을 수 있을까? 한스 외르스테드, 마이클 패러데이와 제임스 맥스웰 같은 과학자들은 오랜 연구 끝에 전기와 자기는 서로에게 영향을 미치고, 서로가 서로를 생성한다는 사실을 밝혀냈다. 인류는 두 현상을 통합한 전자기 현상을 활용해 문명을 비약적으로 발전시켰고 덕분에 우리 일상은 더더욱 풍요로워지고 있다. 작게는 교통카드와 전자레인지부터 크게는 자기부상열차와 가속기까지, 지금부터 전자기가 만드는 세상을 낱낱이 해부해 들여다보자.

목차

일상을 받치는 두 기둥, 전기와 자기

1장 전하와 전기력
정전기의 정체
전하의 기원을 찾아
끌고 미는 힘, 전기력
전하가 힘을 미치는 독특한 방식

2장 전류와 전압
전하의 흐름이 전류!
전하가 흐르는 조건
전류를 만드는 원인, 전압
전류를 방해하는 원인, 저항
전력의 의미

3장 자석과 자기장, 전류와 자기장
자석이 만드는 힘
N극과 S극을 잇는 선, 자기력선
자기장의 비밀은 전류!
자석의 정체

4장 자기장의 세계
움직이는 전하와 자기장
자기장 속 전류가 힘을 받을 때
전류를 이용해 강력한 자석을!
자기력이 준 선물들
전기 모터와 스피커로 확인하는 로렌츠 힘

5장 전자기 유도
패러데이가 발견한 전자기 유도 현상
전자기 유도를 일으키는 다양한 방법
전자기 유도 이용하기

6장 전자기파 세계 들여다보기
변화하는 자기장과 전기장
변화하는 자기장과 전기장이 만드는 전자기 파동
전자기파는 곳곳에
전자기파 만들기

7장 새로운 기술 혁신과 전자기
4차 산업혁명 시대
초연결 사회 속 전자기파
이동의 필수 동반자
하드디스크와 자기장
일상을 받치는 두 기둥, 전기와 자기

현대 과학의 첨병, 전자기 여행을 마무리하며

참고문헌

출판사 서평

급하고, 반대로 자기 역시 움직이는 전하나 흐르는 전류에 영향을 미치는 로렌츠 힘을 이야기하며 전기 현상과 자기 현상은 별개의 일이라고 생각했던 독자의 고정관념을 깬다. 이어서 전류를 흘려보내 자기장을 형성하는 전자석이 폐차장이나 자기부상열차 같은 실생활뿐만 아니라 모터, 스피커처럼 우리에게 익숙한 물건에도 쓰인다는 것을 보여 준다. 이로써 독자는 전기 현상과 자기 현상 모두 우리 주변에 흔하다는 것을 스펀지가 물을 빨아들이듯 빠르고 손쉽게 알게 된다.

3. 전자기 유도, 우리는 매일 전기를 생산한다.

“전기력과 자기력은 모두 척력과 인력을 가진다. 그리고 전기 현상은 자기 현상을 만들어 낸다. 그렇다면 반대로 자기 현상도 전기 현상을 만들어 낼 수 있지 않을까?”

아리스토텔레스의 삼단 논법이 생각나는 이 단순하고도 논리적인 추론이 떠오른다면 독자는 이미 예비 과학자의 자세를 갖춘 셈이다. 1831년, 패러데이는 역사에 길이 남을 실험을 통해 이 가설을 증명해 내는 데 성공한다. 먼저 1차 코일을 전지에 연결해 전류를 공급할 준비를 마친 뒤 전류 생성 여부를 알 수 있는 검류기에 2차 코일을 연결한다. 그리고 스위치를 켜서 전류를 흘려보낸 1차 코일을 2차 코일에 가깝게 댔더니, 이럴 수가! 놀랍게도 검류기의 바늘이 움직인다!

스위치를 켜서 1차 코일에 전류 공급 → 1차 코일에 자기장 생성 → ( ) → 2차 코일에 연결된 검류계 바늘이 움직임 = 전류 생성

( )에 들어갈 말은 무엇일까? 그렇다. 바로 ‘자기장이 2차 코일에 전류를 생성함’이다. 그런데 신기한 점은 스위치를 켰을 때 검류계 바늘이 잠깐 움직인 뒤 멈췄는데, 스위치를 끄자 검류계 바늘이 또 잠깐 움직인 뒤 멈춘다는 점이다. 1차 코일에 계속 전류를 공급할 때는 2차 코일에 전류가 생성되지 않으면서, 1차 코일에 전류를 공급하기 시작할 때와 끊을 때만 2차 코일에 전류가 생긴다는 사실을 통해 얻을 수 있는 결론은, 2차 코일은 1차 코일의 자기장에 반응한 게 아니라 자기장의 변화에 반응했다는 것이다. 자기장이 변화할 때 이를 느끼는 도선 고리에 자기장의 세기가 변할 때만 생성되는 전류를 유도 전류라고 하고, 이 현상을 전자기 유도 현상이라고 한다. 이것이 발전기와 변압기의 기본 원리이다. 발전기와 변압기는 일반인이 쉽게 다룰 수 없지만, 우리는 우리도 모르는 사이에

작가정보

저자(글) 고재현

저자 : 고재현
서울대학교 물리학과를 졸업한 후 한국과학기술원(KAIST) 물리학과에서 박사학위를 받았습니다. 그 후 일본 츠쿠바 대학교와 삼성코닝 연구원을 거쳐서 현재 한림대학교 나노융합스쿨 교수로 재직하고 있습니다. 디스플레이와 레이저 분광학 분야에서 교육 및 연구를 하고 있지요. 〈한국일보〉와 〈세계일보〉 등의 일간지에 과학 칼럼을 연재하면서 과학 대중화의 중요성을 느끼고, 매년 10월 마지막 토요일에 전국 도서관에서 진행하는 ‘10월의 하늘’ 강연 등 다양한 과학 강연으로 학생들과 만나 왔습니다. 지은 책으로 《빛 쫌 아는 10대》, 《십 대, 미래를 과학하라!》(공저) 등이 있습니다.

그림 : 방상호
홍익대학교에서 시각디자인을 전공했어요. 오랫동안 책을 기획하고 그림을 그리고 디자인을 했습니다. 상상하고 그리고 만들고 디자인하고 책 읽고 글 쓰고 운동하면서 어제와는 또 다른 하루를 만들려고 합니다.
《중력 쫌 아는 10대》, 《원소 쫌 아는 10대》, 《선거 쫌 아는 10대》, 《사라진 민주주의를 찾아라》, 《대중음악 히치하이킹하기》, 《싸우는 인문학》 등 여러 책에 그림을 그렸습니다. 단행본 외에도 다양한 매체에 그림을 그리고 있습니다.

그림/만화 방상호