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“ 자석의 원리 “
[내용]
1. 탐구동기
학원에서 과학시간에 전기라는 단원을 배우면서, 자석. 자기장. 자기선. 자기력등 그것들과 관련된 여러 공부를 하다가, 같은 반 친구 중 한명이 선생님께 질문을 하였다.
“선생님. 자석을 쪼개면 자성이 사라져요?”
선생님께서는 자석을 쪼개면 자성이 사라지는 것이 아니라 또 다른 N극 S극을 가진 자석이 하나 더 생기는 것이라고 하셨다.
그 다음은 직접 실험을 해보거나 인터넷을 뒤져 찾아보라는 숙제를 내 주셨다.
그 말을 듣고 애들은 모두 의아해 하였고, 왠지 눈으로 보지 않으면 믿을 수 없을 거라고 생각되었다.
또 학교 숙제로 탐구보고서를 쓸 겸 . 학원 숙제도 할 겸.
겸사겸사 명지중학교 친구랑 함께 탐구를 해 보게 되었다.
2. 알아보고싶은점.
1) 자석을 반으로 쪼개 었을때, 정말로 다시 N극 S극이 생기는 것인지.
2) 생긴다면 N극과 S극이 생기는 이유.
3) N극과 S극이 따로 하나만 생길 수 는 없는건지.
3.탐구의 절차. 방법
준비물 : 막대자석 2개.
먼저 막대자석 하나를 망치로 쳐서 깨뜨린다.
(이때 파편이 튀므로 조심한다)
그럼 [N|S]로 하나였던 자석이 [N|S][N|S]. 둘로 나뉘게 된다.
*탐구 기간 : 2005년 8월 16일.
*탐구 대상 : 막대자석의 S극과 N극
*측정도구 : 망치. 자석.
4. 결과 및 해석
*결과
1) 자석을 반으로 쪼개 었을때, 정말로 다시 N극 S극이 생기는 것인지.
왼쪽 빨간색만 있는 자석은 반으로 쪼갠 것이고 그 옆에 붙어 있는(빨강 | 파랑)은 쪼개지 않은 자석이다.
왼쪽 자석에서의 왼쪽은 N극이고, 쪼개지 않은 오른쪽 자석의 N극과 쪼갠 자석의 오른쪽면이 붙었으므로 따라서, 쪼개진 자석의 오른쪽은 S극이다.
또, 오른쪽 파란색만 있는 자석은 반으로 쪼갠 것이고 그 옆에 붙어 있는
(파랑 | 빨강)은 쪼개지 않은 자석이다.
…(생략)
왼쪽 자석에서의 왼쪽은 S극이고, 쪼개지 않은 오른쪽 자석의 S극과 쪼갠 자석의 오른쪽면이 붙었으므로 따라서, 쪼개진 자석의 오른쪽은 N극이다.
그러므로,
또한,
1) 자석을 반으로 쪼개 었을때, 정말로 다시 N극 S극이 생기는 것인지.
→ 생기게 되었다. ^_^*
2) 생긴다면 N극과 S극이 생기는 이유.
→ 자석을 쪼개면 쪼개진 파편 각각이 다시 N극과 S극을 갖는 자석이 된다.
이러한 현상은 파편의 크기가 점점 작아져도 마찬가지로 나타나는데, 그 근원적인 이유는 원자 단위의 설명에서 찾아야 한다.
즉 원자 하나하나가 원자자석이며, 큰 자석은 이것들이 방향을 나란히 해 정렬하고 있는 것으로 볼 수 있다.
여기서 원자 하나하나가 자석과 같이 기능하는 이유는 원자 주위를 도는 전자의 자전(스핀)에 따라 자기모멘트가 생겨나기 때문이다. 이를 이해하기 위해서는 코일을 따라 전류가 흐를 때 그것에 수직방향으로 자기력이 생겨나는 현상을 연상하면 된다.
전자의 자전, 즉 원운동은 일종의 원형 전류라고 생각할 수 있다.
각각의 원자들이 가지고 있는 자기모멘트는 서로 상쇄돼 거시적인 차원에서는 자기력을 나타내지 않는 경우가 대부분이다.
그러나 외부에서 자기장을 가하면 이들이 특정한 방향으로 배열돼 전체적인 자기력을 갖게 된다. 이를 자화라고 하는데, 철족 원자들과 같은 경우에는 외부에서 가한 자기장을 제거하더라도 특정한 방향으로 배열됐던 경향이 남는 잔류자화현상이 나타나는데 이를 영구자석이라고 부른다.
이 영구자석은 앞서 이미 설명한 바와 같이 잘게 쪼개어도 여전히 N극과 S극을 갖는 자석이 되는 것이다.
내용출처 : http://www.ps.hs.kr/~daijang/st19.htm
3) N극과 S극이 따로 하나만 생길 수 는 없는건지.
이것에 대한 정확한 이해를 위해서는 오비탈이라는 개념을 이해해야 한다.
쉽게 설명해서 원자는 여러개의 방을 가지고 있는 호텔이라로 생각해보겠다.
그리고 각각의 방에는 항상 전자가 2개까지 밖에 못들어 가고 만약 이 방안에 전자가 2개 들어간다면 같은 방향으로 회전하는 전자는 못들어 가게된다.
즉 하나가 시계방향으로 도는 전자라면 또 하나는 반드시 반시계방향으로 도는 전자라는 것이다.
즉 원자는 N극의 성질과 S극의 성질을 동시에 지니게 되고 결코 N극과 S극을 따로 분리할 수 없다.
그러므로 어떤 물체가 자성을 띠기 위해서는 원자들이 아주 규칙적으로 배열되어져야 되야 한다.
최대한 간단히 상상해 봐서 막대 자석을 상상해 보면 그 안은
NSNSNSNSNSNSNSNㅣSNSNSNSNSNSNSNS
NSNSNSNSNSNSNSNㅣSNSNSNSNSNSNSNS
↑.............ㅣ..............↑
N극..........경계선............S극
이렇게 되어 있다.
5. 결론
1) 알게 된 점.
[N|S]이던 자석을 반으로 쪼개면 [N|S][N|S].
이렇게 둘로 나뉘면서 S극과 N극이 다시 생겨난다.
또, 그렇기 때문에 N극과 S극 둘 중에 하나만 존재 할 수는 없다.
원자 하나하나가 원자석이 될 수 있다.
2)느낀 점.
처음에 자석을 사다 쪼갰었을 때, 자석이 워낙 단단해서 나눠지지가 않았다.
그래서 나는 마지막으로 망치까지 다 동원하여, 힘들게 잘라 내었고,
원래 나는 [N | S] 이었던 자석을 자르면 [N ][ S]
이렇게 나눠 질 거라고 생각하고 있었는데, 실제로 자르니까 정말 반대편에
새로운 N극과 S극이 생기고 또, 자석은 원래 N극.S극 둘 중 하나만 존재 할 수 없다는 것. 원자하나하나가 원자석이 될 수 있다는 것이 신기했고,
혼자 했던 실험이 아니라서 재밌었다.
보통 때 라면, 그냥 선생님께서 그러시면 그냥 아무생각도 없이 그저
‘아, 그렇구나.’이렇게만 생각하고 끝냈을 텐데, 이번에는 직접 실험 해보고 서로 밀어내고 끌어당기는 자석의 원리를 알았을 때, 또 자석을 잘랐을 때 다시 생기는 N극과 S극을 눈으로 직접 확인 해 보았을 때.
‘이번엔 정말 내가 뭔가 하긴 했구나.’하는 성취감(?), 만족감이 들었다.
재미있었고, 또 신기했고.
2학기 전기단원을 배울 때 조금이라도 더 이로울 것 같다.
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