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Magnets

Objects that attract certain materials such as iron and the forces associated with them.

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자석

자기부상열차 마그레브

이 사진의 열차는 마그레브(maglev) 열차이다. maglev(마그레부)란  “magnetic levitation.”(자기부상)의 준말이다. 자석이 기차를 위로 밀어올려 기차바퀴가 철길과 접촉하는 일 없이 기차가 뜬 상태에서 달린다. 이는 기차가 이동하며 발생하는 대부분의 마칠을 제거해준다. 다른 자석이 기차를 궤도(track)를 따라 앞으로 끌어당긴다. 이 모든 자석 때문에 기차는 빠른 속도로 달릴 수 있다. 이는 궤도위를 시속  480킬로미터로 달릴 수 있다. 자석이란 무엇이고 어떻게 자석이 그러한 힘을 낼 수 있을까?  이제부터 알아보기로 하자. 다음 사이트에서 자석을 소개하는 비디오를 볼 수 있다. URL: http://www.youtube.com/watch?v=8Y4JSp5U82I

자기극

자석(magnet)은 철과 같은 일부 물질을 끌어 당기는 물체이다.  아마 다음 그림에 나외있는 막대 자석을 본적이 있을 것이다. 다른 모든 자석과 마찬가지로 막대자석에도 북극과 남극의 자기극(magnetic poles)이 있다. 자석의 빨간쪽 끝이 북극이고 파란색 끝이 남극이다. 이 극 부근이 자석에서 가장 자력이 강력한 곳이다. 이 자기극을 북극과 남극이라 부르는 이유는 이 두 극이 언제나 지구의 남북축과 나란히 자리집기 때문이다.  만일 자석을 자유롭게 움직이게 해두면 지구가 회전하는 축과 같은 방향에서 멈추어 선다. 

막대자석

Q: 만일 위의 막대자석의 중간 부분을 자르면 어떻게 될까?

A: 두 토막이 난 자석 모두가 다시 남극과 북극을 갖는 자석이 된다. 만일 이 반토막짜리 자석을 다시 두 토막으로 나누면 이들도 역시 두 극을 갖는 자석이 된다. 자석은 이를 여러개의 조갇으로 나누어도 언제나 북극과 남극을 갖는 자석들이 된다. 

자력과 자력장

자석이 다른 자석을 포함한 다른 물질에 가하는 힘을 자력(magnetic force)이라 한다. 이 힘은 떨어진 거리에서도 작용하며 그 힘에는 끄는 힘(인력)과 미는 힘(척력)이 있다. 한 자석의 북극과 다른 자석의 남극은 서로 잡아 당기며 두 자석의 같은 극끼리는 서로 밀어낸다. 자석은 떨어진 가리에서도 힘을 가하는데 이는 자석이 자기장(magnetic field)으로 둘러 쌓여 있기 때문이다. 아래 그림에서와 같이 자기장이 자석을 둘러쌓고 있다. 유리에 쇳가루를 뿌린 다음 자석을 유리 위애 올려 놓으면 자석이 쇳가루를 끌어 당긴다. 이 쇳가루가 분포된 모양이 그 자석의 자력장을 구성하는 자력선을 보여준다. 쇳가루가 양쪽 극에 더 많이 모여 있으며 이는 그 곳의 자력이 더 강하다는 것을 가리킨다. 다음 사이트에서 막대자석의 자력장 애니메이션을 볼 수 있다.  http://elgg.norfolk.e2bn.org/jsmith112/files/68/149/Bar+magnet.swf

자석 두개를 서로 가까이 가져가면 이들의 자기장이 상호작용을 한다. 아래 그림에서 이 상호작용을 볼 수 있다. 북극과 남극의 자력선은 서로를 끌어 당기나 두 븍극의 자력선은 서로 밀아낸다. 다음 사이트의 애니메이션은 2개 이상의 자석의 상대적인 위치에 따른 자력선의 변화를 보여준다.  http://www.coolmagnetman.com/magmotion.htm

[자력장의 상호작용] # 북극과 남극 주위의 자력선이 서로 연결된다. # 두 북극 주위의 자력선이 서로를 밀어낸다.

요약

  • 자석은 철과 같은 일부 물질을 끌어 당기는 물체이다. 모든 자석은 북극과 남극의 자기극을 가지고 있다.. 두 극은 자력이 가장 센 부분이다.
  • 자석이 나타내는 힘을 자력이라 한다. 이 힘은 떨어진 거리에서도 작용하며 인력과 척력이 있다. 자석이 힘을 미치는 것은 자석이 자력장에 둘러쌓여 있기 때문이다. 

용어

  • 자석(magnet): 철과 같은 강자성 물질을 끌어 당기는 물체
  • 자기장(magnetic field): 자석이 힘을 발휘하는 자석의 주위 지역.
  • 자력(magnetic force): 자석이 나타내는 끄는 힘과 미는 힘
  • 자기극(magnetic pole): 자석의 힘이 가장 센 자석이 가장 끝부분.

연습

다음 사이트에서 자력장의 상호작용에 관한 이해를 평가할 애니메이션 퀴즈를 풀어라.  http://elgg.norfolk.e2bn.org/jsmith112/files/68/151/Law+of+magnetism.swf

복습

  1. 자석이란 무엇인가?
  2. 막대자석의 자기극을 기술하라.
  3. 왜 자석은 거리가 떨어진 곳에도 힘이 가해지는지 설명하라. 
  4. 두 자석의 자기장이 서로 끌어 당기도록 자석을 배치한 그림을 그려라. 자기극을 표시하고 이 두 자석 사이의 힘을 나타내는 화살표를 추가하라. 

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