중3 과학/자기장/자기력선/오른손 법칙/앙페르 법칙/플레밍 법칙

나침반 바늘의N극은 항상 북쪽을 가리킨다. 이 때문에 옛날부터 나침반은 항해를 할 때 방향을 찾는 도구로 사용되어 왔다.막대자석의 중간을 실로 묶어 수평으로 매달아 놓으면 자석의 N극이 북쪽을 가리키는 것처럼 자석으로 되어 있는 나침반 바늘의 N극도 지구 어느 곳에서나 항상 북쪽을 가리킨다. 이는 자석의 성질을 가지고 있는 지구의 영향으로 나침반 바늘이 자기력을 받기 때문이다. 이처럼 자석 주위에는 자기력

이 작용하는 공간이 있는데, 이를 자기장이라고 한다.

막대자석 위에 투명한 판을 놓고 철 가루를 뿌리면 일정한 모양으로 배열된다. 이를 통해 막대자석 주위의 자기장을 확인할 수 있다. 또, 막대자석 주위에 놓인 나침반 바늘의 N극이 가리키는 방향을 차례로 이으면 막대자석 주위에 철 가루가 배열된 모양과 같은 곡선이 그려진다. 이렇게 자기장의 모양을 선으로 나타낸 것을 자기력선이라고 한다. 자기장의 방향은 나침반 바늘의 N극이 가리키는 방향이다. 따라서 자기력선은 N극에서 나와 S극으로 들어간다. 자기력선은 도중에 끊어지거나 서로 교차하지 않고, 자기력선이 촘촘할수록 자기장의 세기가 세다.

덴마크의 과학자 외르스테드(Oersted, H. C.; 1777~1851)는 학생들과 함께 도선에 전류가 흐르면 뜨거워지는 현상을 보여 주는 실험을 하고 있었다.외르스테드는 우연히 전류가 흐르는 도선 주위에서 나침반 바늘이 움직이는 것을 보고 전류가 흐르는 도선 주위에도 자석처럼 자기장이 생긴다는 것을 알았다.전류가 흐르는 구리 막대 주위에 철 가루를 뿌리면 철 가루가 동심원 모양으로 배열된다. 이를 통해 전류가 흐르는 직선 도선 주위에는 도선을 중심으로 동심원 모양의 자기장이 생기는 것을 알 수 있다. 전류가 흐르는 직선 도선 주위에 생기는 자기장의 방향은 오른손으로 알 수 있다. 오른손의 엄지손가락을 전류의 방향과 일치시키고 네 손가락으로 도선을 감아쥘 때, 네 손가락이 가리키는 방향이 자기장의 방향이 된다. 직선 도선에 흐르는 전류의 방향이 바뀌면 자기장의 방향도 바뀐다. 또, 직선 도선 주위에 생기는 자기장의 세기는 직선 도선에 가까울수록 세고, 전류가 세게 흐를수록 세다.전류가 흐르는 도선이 직선이 아니고 원형이면 어떤 모양의 자기장이 생길까? 원형 도선에 전류가 흐르면 자기장이 생긴다. 이러한 원형 도선을 여러 번 감아 코일을 만들 수 있다. 전류가 흐르는 코일 주위에 생기는 자기장의 방향은 오른손으로 알 수 있다. 오른손의 네 손가락을 전류의 방향으로 감아쥘 때, 엄지손가락이 가리키는 방향이 자기장의 방향이 된다.

 

헤드폰은 진동판이 떨리면서 소리를 내는데, 이때 진동판은 헤드폰 속의 작은 자석으로부터 힘을 받아 진동한다. 우리가 흔히 접하는 스피커, 선풍기 등과 같은 전기 기구에는 자석이 있다.자석의 두 극 사이에 있는 알루미늄박에 전류가 흐르면 알루미늄박이 움직인다. 이는 자석 사이에 놓여 있는 알루미늄박이 자석이 만드는 자기장과 전류가 만드는 자기장에 의해 힘을 받기 때문이다. 이처럼 전류가 흐르는 도선은 자기장 속에서 힘을 받는다. 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선은 전류와 자기장의 방향에 각각 수직인 방향으로 힘을 받는다. 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향은 오른손으로 알 수 있다. 오른손의 네 손가락을 자기장의 방향으로 펴고 엄지손가락이 전류의 방향을 가리키게 할 때, 손바닥이 향하는 방향이 힘의 방향이 된다. 전류의 방향이나 자기장의 방향이 바뀌면 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 방향도 바뀐다.또, 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘의 크기는 전류가 세게 흐를수록 크고, 자기장의 세기가 셀수록 크다. 자기장 속에서 전류가 흐르는 도선이 받는 힘을 이용한 장치에는 스피커, 전동기 등이 있다. 스피커는 자석과 진동판이 부착된 코일로 이루어져 있다. 코일에 전류가 흐르면 코일과 자석 사이에 밀고 당기는 힘이 작용하여 진동판이 떨리면서 소리가 발생한다. 전동기에는 자석과 회전하는 코일이 들어 있는데, 이 코일에 전류가 흐를 때 코일의 왼쪽 부분과 오른쪽 부분에 흐르는 전류의 방향은 서로 반대가 된다. 따라서 코일이 받는 힘의 방향도 반대가 되어 코일이 회전하게 된다. 선풍기, 세탁기, 엘리베이터, 기중기 등 전기 에너지를 이용하여 힘을 얻는 장치의 내부에는 전동기가 사용된다.